逆合成孔径雷达（ISAR）是对空中、空间目标进行观测成像的重要传感器。相比于光学传感器,ISAR成像雷达不受天空背景光和云层遮挡的干扰,具备较好的全天候、全天时工作能力,并且探测距离较远,在空天目标观测成像、空间态势感知等方面发挥着重要作用。ISAR雷达具有稳定的二维成像能力,如何在二维ISAR图像的基础上获取目标三维信息,提升雷达的观测成像能力,是ISAR成像研究中的重要方向之一。本文针对ISAR成像雷达条件下的空天目标三维成像相关问题展开研究。雷达远场条件下目标三维成像的基本策略是对多视角二维ISAR成像结果进行有效的融合。因此,本文首先从二维ISAR成像研究入手,分别提出了基于距离向自聚焦的脉内相位失真自适应补偿方法,和针对机动目标ISAR成像的脉间相位自适应补偿方法。这两种补偿方法能够提升ISAR成像效果和出图率,为后续三维成像提供必要支撑。另外这两种方法均具备较好的自适应性,在实际工程中具有较好的应用前景。在二维ISAR图像的基础上,本文分别研究了在单站、多站雷达条件下的目标三维成像方法以及相关应用价值。其中单站雷达条件下,首先对目标进行连续观测以获得不同姿态的序列ISAR图像,而后对成像结果进行特征点层面的融合以获得目标三维重构结果。论文首次梳理了单站雷达条件下的目标三维重构问题中,目标三维信息的传递和转化过程。其次,本文研究了基于矩阵低秩分解的目标三维重构方法、重构结果精度的影响因素分析、重构结果的利用价值等。研究结果表明,在离散ISAR图像的分辨率较高,雷达观测视角的三维变化较为明显的情况下,三维重构结果较为准确。相应的实验与分析结果能够为实际场景下的雷达目标三维重构问题提供有益参考。另外不同于现有文献中主要关注三维重构得到的目标形状矩阵,本文充分挖掘了重构得到的雷达观测视角矩阵中所包含的有价值信息,提出了基于雷达观测视角矩阵列向量空间分布信息、列向量模长信息两种思路的序列ISAR图像定标方法。该方法扩展了单站条件下雷达目标三维重构结果的利用价值。在多站雷达条件下,利用位置相邻的多个雷达同时对目标进行ISAR成像,而后采用相位干涉技术,可获取复ISAR图像的相位中所包含的“第三维”目标信息,即干涉ISAR成像技术。论文首先对干涉ISAR三维成像进行建模分析,获得了从干涉相位中解算散射点相对坐标的一般方法。由于干涉ISAR成像是对多视角ISAR图像进行相位层面的融合,它对多雷达通道ISAR图像的相干性要求很高。空天目标的距离一般较远,对其进行干涉ISAR成像需要采用多站的大型雷达系统。大型雷达系统之间难以实现精准的时频同步,且信号质量存在一定差异,因此它们之间的ISAR图像失配问题较为突出。鉴于此,本文提出了一种基于联合平动补偿的ISAR图像配准方法,该方法能够解决雷达通道之间时钟同步不精确而导致的失配,并且在平动补偿的过程中就实现了配准,配准精度高且计算量较小。仿真实验验证了该方法的有效性。另外,本文对干涉ISAR成像结果的利用价值进行了研究,提出了一种简便有效的ISAR图像方位定标方法。该方法充分利用了多通道ISAR图像带来的信息增量,通过建立干涉成像结果和目标“距离-多普勒”（RD）投影之间的定量关系,能够获取准确的ISAR图像方位分辨率和方位方向向量。该方法为ISAR图像方位定标问题提供了新的解决思路,是干涉成像结果利用价值的有益探索。总体上,本文的相关研究成果能够为实际ISAR成像场景下空天目标的三维成像问题提供有益参考。