相控阵技术以灵活的波束指向和优异的波束性能在雷达、通信以及电子对抗等领域被广泛采用。随着信息化技术和需求的不断发展,相控阵装备将面临更多样化的场景需求。当前,阵列雷达高昂的全寿命周期成本已成为其多场景装备应用所考虑的首要问题。子阵技术是降低阵列雷达装备成本的切实可行方法,通过在子阵级进行有源控制及数字化,能够有效降低硬件成本及后端数据处理维度。随着子阵技术在概念和工程应用间的不断迭代发展,传统的子阵设计思路面对多样化的场景需求已捉襟见肘,具有模块化特性的新型非规则子阵体制逐渐成为子阵技术未来发展的重要方向。然而,实现非规则子阵体制阵列的最优设计在理论和工程上都面临着巨大挑战。论文以阵列雷达非规则子阵优化设计与波束综合为切入点,致力于解决非规则子阵体制阵列走向工程应用所面临的瓶颈问题。论文力求建立完善的非规则子阵设计与综合理论体系,为我国低成本、模块化相控阵雷达装备的研制提供一定的理论支撑。论文取得的研究成果包括以下几个方面:1.非规则子阵划分建模与求解技术。建立了一套完整的非规则子阵体制阵列建模与划分设计算法流程,解决了非规则子阵阵列设计面临的瓶颈问题。首先从问题建模方法出发,建立了一套能够表征任意阵面大小、形状下,针对任意子阵形状的阵面划分设计模型。而后,将子阵的精确划分问题表达为0/1线性规划形式,提出了迭代凸松弛规划理论模型进行快速求解。针对子阵划分方案“最优”遴选问题,提出了启发式迭代凸松弛规划方法。在小规模场景下能够有效得到寻优准则下的最优设计方案,在大规模场景下能够快速得到“次优”方案。2.非规则子阵分层阵面设计技术。提出了基于自由度控制的阵面划分参数化方法,实现了扫描覆盖范围和阵列有源通道成本间的精细控制。该方法能够满足多样化非规则子阵阵面的设计需求,针对不同应用场景在阵列成本及扫描视场范围间进行权衡。提出了大规模/孔径阵面的分层子阵设计方法,有效避免了划分算法在超高模型维度下的效率和收敛性问题。首先将非规则子阵拼接为形状规则的矩形阵面,再进行简单拼接便能够实现大规模/孔径阵面的覆盖。提出了非规则重叠子阵分层联合设计方法,针对不同结构的子阵模块设计方案进行了仿真分析及对比。提出了分层子阵设计零点控制技术,通过控制第一级子阵阵因子中的零点位置,对最终合成方向图中的高旁瓣进行精准抑制,有效提升了阵面扫描电性能。3.非规则子阵波束综合技术。提出了子阵等效相位中心分析与校准方法,针对非规则子阵等效相位中心随扫描角度发生偏移的问题,对大扫描角度下的等效相位中心位置进行校准,提升了扫描电性能。提出了子阵级波束加权技术,包括低副瓣加权、主瓣赋型加权及同时多波束,在子阵级验证了三种波束加权方法的可行性。提出了子阵容错分析与故障诊断校正技术,首先分析了单个子阵内阵元级幅相误差对阵面方向图的影响,然后分析了不同加权下的子阵模块故障对阵面方向图性能的影响。针对子阵模块故障提出了基于方向图反演的故障诊断技术,能够对故障子阵进行快速准确定位。提出了故障方向图校正技术,对无故障子阵进行再加权,能够有效缓解故障子阵对方向图性能造成的影响。针对非规则子阵天线架构进行了实测验证,测试结果表明了非规则子阵体制架构的有效性和可行性。