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空间目标监视和在轨维护对目标精细化的三维成像结果存在迫切需求,现有的陆基雷达、天基光学相机等空间目标成像手段存在成像分辨率低、探测距离有限、受光照条件限制、不具备三维成像能力等诸多缺陷。太赫兹雷达分辨率高、小型化易集成,并且阵列化的太赫兹雷达能够获取目标全方位的精细化三维成像结果,发展天基太赫兹雷达成像系统能够有效弥补传统空间目标成像手段的不足,极大地提升空间态势感知能力。本文立足于太赫兹雷达系统的发展现状以及未来的发展趋势,围绕天基太赫兹雷达的空间目标监视和在轨维护应用,按照成像距离由远到近,雷达系统由单通道、多通道到阵列的研究思路,探索了太赫兹雷达不同成像体制下的空间目标三维成像技术,对各成像体制下三维成像过程中的关键问题和难点开展了深入研究。本文的具体内容包括以下五个部分:1)首先明确了课题的研究背景和研究意义,介绍了空间目标成像技术的发展现状和太赫兹雷达成像技术的发展现状。研究现状表明,现有的空间目标成像手段无法实现空间目标全天时、全天候的精细化三维成像,天基太赫兹雷达能够有效弥补传统空间目标监视成像手段的缺陷,具有重大的发展潜力。2)针对空间高轨卫星、小卫星等目标及其重要部件的监视成像问题,研究了基于太赫兹逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）图像序列的卫星目标抛物面天线三维重构成像与指向估计方法。首先,利用抛物面天线边缘交叉极化ISAR成像结果稳健的椭圆形状特征替代传统方法的点散射中心特征实现目标在ISAR图像序列中的关联。然后,提出了一种在太赫兹ISAR图像中自动检测抛物面天线部件的改进随机霍夫变换算法。最后,提出了一种基于最小二乘估计和粒子群优化的两层估计算法,实现了卫星抛物面天线的三维重构成像与指向估计。3)针对空间非合作飞行器目标的监视成像问题,研究了基于多通道太赫兹干涉ISAR（Interferemetric ISAR,InISAR）的空间目标三维成像方法。首先,针对高速运动目标InISAR三维成像存在的图像失配问题,提出了一种基于强散射中心融合技术的InISAR图像配准算法,该算法兼具系统结构简单、效率高、抗噪声性能强的优势。然后,针对InISAR成像质量受目标旁瓣、噪声等非理想因素干扰的问题,研究了基于复数卷积神经网络的高质量InISAR成像算法,网络输出的ISAR成像结果能够在保留相位的同时实现旁瓣抑制、超分辨和噪声抑制,进而极大地提升了InISAR三维成像结果的质量。4)针对空间目标在轨维护的精细化三维成像需求,研究了近场条件下基于太赫兹多发多收（Multiple Input Multiple Output,MIMO）线阵平面合成孔径的空间目标三维成像方法。针对波数域积分算法三维成像精度受距离向成像步长限制的问题,提出了一种分层宽带频率干涉（Layered Wideband Frequency Interferometry,LWFI）算法。该算法通过对相邻中心频点的宽带二维成像结果进行干涉处理提取干涉相位,不需要对干涉相位进行相位解缠,基于干涉相位可直接重构目标距离向成像的坐标位置。相比于其它的频率干涉成像算法,LWFI算法成像精度更高、抗噪声性能更强。5)针对空间目标在轨维护的全方位精细化三维成像需求,研究了近场条件下基于太赫兹MIMO线阵螺旋合成孔径的空间目标三维成像方法。针对这种崭新的成像体制,分别提出了直角坐标波数域（Rectangular Coordinate Wavenumber Domain,RWD）三维成像算法和柱坐标波数域（Cylindrical Coordinate Wavenumber Domain,CWD）三维成像算法。两种算法的成像分辨率均接近成像系统的理论成像分辨率,RWD算法成像精度略低于CWD算法,但是对于径向尺寸范围较大的目标具有更高的成像效率,CWD算法更适用于具有较小径向尺寸的目标。