针对传统压缩感知（compressedsensing，CS）三维微波成像方法存在建模较复杂和高度维数据层间串扰的问题，提出一种基于随机阵列观测的降维稀疏建模CS三维微波成像方法。该算法对三维成像空间进行整体建模，克服了分层建模时高度维数据层间串扰的问题。同时，该方法利用截取距离压缩后的回波数据、相关积累提取和随机抽取三种策略，大大降低了传感矩阵的维数，从而实现了三维成像空间的降维CS成像。仿真结果表明该方法能实现三维目标聚焦，并且比传统方法更能精确地重建场景的目标信息。同时，研究还表明CS三维成像不仅能达到旁瓣抑制效果，而且还能在一定程度上获得分辨率增强效果。