近年来，随着恐怖主义威胁的增加，人体安全检查变得越来越重要。毫米波可以穿透衣物，对隐匿物品进行成像，并且无电离辐射，因此可以应用于机场和其它公共场所的人体安全检查。本文以毫米波安检成像为应用背景，研究了基于非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）的波数域成像算法、基于调频连续波（FMCW）体制的波数域成像算法以及基于压缩感知（CS）理论的成像算法，并研制了原理样机。首先，针对直线天线阵列和弧形天线阵列，给出了基于NUFFT的二维波数域成像算法。该算法采用NUFFT代替传统波数域算法中的插值和FFT运算，能够直接处理非均匀分布的采样数据，减少了由插值引入的误差。其次，针对FMCW体制，提出了适用于平面孔径和柱面孔径的三维波数域成像算法。该算法补偿了在调频周期内平台连续运动对成像的影响，提高了图像的聚焦效果。另外通过采用三维NUFFT算法代替Stolt插值和FFT运算，减少了成像算法的计算时间。第三，针对安检成像，给出了一种基于压缩感知理论的二维、三维毫米波成像算法。该算法采用隐式测量矩阵，避免了显式测量矩阵过大的问题。基于压缩感知的采样体制突破了奈奎斯特采样定律的限制，在保证成像质量的前提下，可降低阵列单元个数和频点的采样数目，从而降低系统的硬件成本和信号发射与接收时间，对安检成像系统的优化设计具有重要意义。另外，本文对基于压缩感知的成像系统设计方法进行了探索性研究。第四，根据实验室现有条件，开发出一套W波段成像系统原理样机，并对系统本身和天线运动引起的相位误差进行了研究和补偿，验证了波数域成像算法的适应性和有效性，并为压缩感知成像算法提供了实验验证。