随着雷达技术在现代军事中的作用愈发重要,进一步提升雷达的感知能力以适用于日益复杂的战场环境和军事目标无疑具有重要的意义。现有的雷达成像技术中的二维和三维成像方式,如SAR、ISAR以及它们的多天线干涉三维成像方法等,通常需要雷达平台或目标具有特定的运动模式,因此,如何实现雷达平台及目标的非合作运动模式下的雷达三维成像是一项有待进一步解决的问题。现有雷达高维感知技术中,构建雷达目标的三维散射中心已成为全面了解目标散射特性和有效实现目标自动识别的重要手段。其中,联合目标多姿态下的一维距离像实现散射中心的三维几何重构是现有散射中心三维成像技术中最为简洁和可靠的方法,并且已被广泛采用。现阶段,散射中心的自动关联问题一直是此项技术中面临的瓶颈问题,并且对于未知运动目标散射中心三维重建问题的研究也仅处于起步阶段。本文围绕雷达非合作目标的高维感知问题,采用几何分析方法,对单天线雷达系统在雷达平台及目标的任意非合作运动模式下的目标三维感知能力进行了挖掘,其主要对基于散射中心距离数据的非合作目标三维重建、雷达目标散射中心自动关联以及构建基于重建路径的非合作目标雷达高维成像系统等问题进行了深入的研究,其主要工作内容及贡献如下：针对基于散射中心距离数据的非合作目标三维重建的算法模型进行了理论分析,提出了“由仿射重建到欧氏重建”的重建模型,总结出了影响重建效果的多种因素,并建立了检验重建性能的两种误差模型,即欧氏加性误差和仿射扰动误差,同时给出了两种重建误差的量化方法,从而完善了重建算法的理论框架。针对现有三维重建算法在实际复杂的应用背景下存在的鲁棒性差的问题,提出了几种改进重建性能的优化重建方法,其包括基于路径拟合的优化重建算法、基于散射中心不完整一维距离数据的三维重建算法以及雷达近场条件下的优化重建算法。其中,算法中成功建立了未知运动目标几何重建的最优化模型,实现了对重建参数的捆绑调整,从而有效增强了此项技术的鲁棒性和适用性。针对多姿态下雷达目标散射中心的关联方法进行了研究。文中分别针对目标姿态已知和未知的情况,提出了基于几何约束机制的散射中心关联方法,其分别可以用于对室内可控环境和外场未知环境中的雷达目标散射中心的关联。文中同时构建了一种复杂情况下非合作目标散射中心的自动关联系统,其能够适用于具有未知运动的非合作目标,并且可以对存在缺失点、虚假点等复杂情况下的散射中心进行准确关联,具有更好的适用性。对基于重建路径的非合作目标高维成像系统进行了构建。文中通过对雷达目标ISAR信号模型的再分析,证明了单天线雷达对任意机动目标实现ISAR三维成像的可能性,并基于Radon-Wigner变换提出了一种实现ISAR三维成像的可行性方法。同时,本文提出了一种基于重建路径的成像时段选择及运动参数估计方法,其获取的二维和三维转动时段以及目标的运动参数可以较好地应用于现有ISAR二维成像和本文提出的ISAR三维成像方法中。采用上述方法,文中构建了一种基于重建路径的高维成像系统,此系统可以实现对非合作目标散射中心和未知运动的三维感知,并可以通过对目标不同模式运动的选取和估计,实现对目标的二维及三维雷达成像。