涡旋电磁波螺旋状的波前结构增加了空间中场的多样性,相对于传统电磁波,其散射回波蕴含更多的目标信息,但目前对涡旋波电磁散射特性的研究尚不充分,仍是雷达探测领域的前沿方向。因此,本文将针对典型雷达目标在轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）域的散射特性展开研究,并在微波暗室开展实验测量,为涡旋波散射特性的研究提供有力支撑。涡旋电磁波不仅在雷达探测领域提供了新思路,在成像领域也为雷达应用提供了新的自由度,具有很大的应用前景。本文在最后基于涡旋波在方位维成像的潜力,对电磁涡旋成像的应用进行了初步的探索。本文研究的主要内容如下:首先,对涡旋电磁波在OAM域的基本特性进行阐述,给出其传播特性和模态检测及纯度分析等内容,随后给出雷达目标在传统电磁波和涡旋电磁波照射下的电磁散射相关理论。另外,为对雷达目标在OAM域散射特性的研究提供源结构,基于均匀圆形阵列（Uniform Circular Array,UCA）设计了产生线极化涡旋电磁波的天线并分析了辐射场的场分布特性和OAM谱分布结果。其次,在涡旋波电磁散射特性探索的新领域实验测量是最有效的方法之一。特别是在涡旋波散射机理尚在探索的阶段,实验测量可为理解和掌握雷达目标在OAM域的散射特性提供有力的支撑。因此,在对典型雷达目标仿真研究涡旋波照射时的散射特性时,为保证仿真结果的正确性,在微波暗室开展了涡旋波目标单站雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）测量实验,给出了极化、频率、目标姿态角等因素下的实验结果和误差原因。最后,以电磁涡旋为载体,研究了电磁涡旋雷达对目标凝视照射时的电磁涡旋成像应用。给出基于傅里叶变换实现二维成像的同时,对方位维电磁涡旋成像的重构算法进行了初步研究,给出了多发多收（Multiple In Multiple Out,MIMO）回波模型下逆投影（Back Projection,BP）算法和多发单收（Multiple Input Single Output,MISO）回波模型下MUSIC算法的研究,通过改进算法,提高了电磁涡旋在方位维的成像分辨率。