利用二维多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)阵列可以获取目标高分辨率三维图像,凭借其快速数据获取能力,二维MIMO阵列广泛应用于三维穿墙探测、安检等场合。上述应用场合中,目标与天线阵列之间距离较小,成像相干积累角大,距离弯曲明显,属于典型的近场场景。近场场景下,常规的MIMO阵列处理方法如相位中心近似(Phase Center Approximation,PCA)等不再适用。另外,能够校正大孔径范围距离弯曲的距离迁移算法并不适合任意拓扑结构的MIMO阵列。本文从近场MIMO阵列信号模型出发,研究三维成像技术。内容包括MIMO阵列近场三维时域成像方法、旁瓣抑制、MIMO阵列近场三维频域成像方法及MIMO阵列设计。首先,本文从步进频信号出发,利用球面波可以分解为无穷多个平面波原理推导了近场MIMO阵列信号模型,为后续时域和频域成像算法提供了支撑。并且分析了近场条件下PCA方法引入的误差影响,推导了幅度衰减因子,用来表征误差影响。仿真结果表明,幅度衰减因子可以有效表征近场条件下PCA方法误差影响。其次,从MIMO阵列近场后向投影(Back Projection,BP)三维成像表达式入手分析了几种典型阵列构型下的成像分辨率,将BP成像方法成功用于二维MIMO雷达实测数据的三维成像处理。然后分析了自适应旁瓣抑制(Adaptive Sidelobe Reduction,ASR)算法中滤波器抽头数、插值因子、阈值等参数的相互关系,提出了更加合理的参数选取方法对ASR算法进行了改进。基于参数相互关系的改进ASR算法克服了抑制弱目标的缺点,提高了弱目标检测性能,且能达到全局最优。仿真和实测数据处理结果对该方法进行了验证。最后,推导了合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和MIMO阵列三维空间谱表达式,给出了统一的频域距离迁移成像算法流程。在深入分析距离迁移算法实现流程的基础上得到了距离迁移算法对MIMO阵列构型的四个采样约束条件,提出了一种适用距离迁移算法的MIMO阵列优化设计方法,并利用所提方法设计了MIMO阵列,结合仿真实验,分析了所设计阵列的成像性能。