携带轨道角动量的涡旋电磁波因其具有螺旋状的相位波前,可为信息调制带来更加丰富的自由度并极大地增加了其信息获取的能力。轨道角动量作为电磁场最基本的物理量之一,理论上可以产生无穷多种相互正交的调制模式。因此,轨道角动量分集复用技术在无线通信和雷达探测方面具有十分诱人的应用前景。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为现今应用最为广泛的实用雷达系统,利用飞机或卫星等雷达搭载平台的移动通过合成可以得到很长的天线孔径来实现高分辨率成像。如果能将涡旋电磁波应用于SAR成像系统,不仅可以解决由于涡旋天线不能移动,实用性不强的问题,而且可以获得更高的电磁成像分辨率,并且有望解决普通的SAR不能实现在三维空间成像,无法得到目标俯仰角的问题。本文基于此,探究了涡旋电磁波在SAR成像系统中的应用,对电磁涡旋雷达成像原理、涡旋电磁波SAR成像系统模型、涡旋SAR信号回波方程、涡旋电磁波的SAR成像算法设计以及电磁涡旋SAR三维空间成像能力进行了深入研究,并对涡旋电磁波应用于SAR成像系统中的设计思路、技术方法以及成像优势进行了相关的分析。本文首先介绍了课题研究背景与意义以及与轨道角动量、涡旋电磁波相关的概念与理论知识,然后分析了两类电磁涡旋雷达高分辨率成像原理。不同于普通平面电磁波,涡旋电磁波的相位波前不再是普通的平面,而是呈现出周期性阶梯状的螺旋结构,应用在雷达成像中可以方便的提供方位分辨需要的相位差,可以在无相对运动的情况下,实现距离-方位二维成像,这是实孔径雷达凝视成像的原理。在合成孔径雷达中,含有涡旋电磁波性质的回波信号表现出比普通平面波信号更宽的有效波束宽度,这是携带轨道角动量的涡旋电磁波超常的信息获取能力在宏观上的表现。在涡旋电磁波相关理论以及电磁涡旋SAR成像原理的基础上,本文随后开展了电磁涡旋SAR成像验证实验。基于递增相位的均匀圆形阵列天线涡旋电磁波收发方式,建立了三种电磁涡旋SAR成像模型,并推导了回波方程。针对回波方程中新增的轨道角动量相关项,改进了传统反向投影算法,该算法有效的补偿了新增项对成像结果带来的影响。通过仿真实验对比,验证了电磁涡旋SAR方位向成像性能,并且改进的算法适用于多个目标散射中心具有一定重叠的成像场景,对噪声具有鲁棒性。另外,涡旋电磁波信号具有一定的空间分辨能力,因此发射涡旋电磁波探测目标的SAR系统,可以通过一定的算法设计实现目标在三维空间中成像,本文对此进行了研究。将涡旋电磁波凝视成像的方法与涡旋SAR系统相结合,利用凝视成像的类似方法获取目标方位角信息,使用电磁涡旋SAR二维成像的方法得到目标的斜距和沿航迹信息,提出了改进的CS算法进行成像处理,最后通过坐标变换及角度关系,得到目标的高程信息,实现了目标的三维空间成像。本文将电磁涡旋技术应用到合成孔径雷达成像中,为合成孔径雷达方位向高分辨率成像、三维空间成像提供了一种有效的方案。本文研究工作将促进电磁涡旋在雷达领域的应用,为新型雷达技术的发展提供参考和借鉴。