阵列信号处理技术在雷达、通信、声呐、医疗电子、射电天文等领域有着广泛的应用。在机载、舰载应用中,安装天线的附近往往存在有对电磁波有较强散射性的部件如机翼、桅杆等,构成了影响天线工作特性的近场散射环境。远距离传播来的电磁信号除了直接达到天线阵部分外,还会通过这些近场环境中的散射体二次辐射后再次进入到天线阵列被接收机接收,产生近场散射效应。近场散射信号具有两个特点:第一,与直达天线阵列信号是相关甚至完全相干的;第二,由于散射体与天线阵列相距仅有数十米甚至数米,近场散射信号到达天线阵是以球面波方式传播的,而直达天线阵列部分信号是远场平面波。那么,近场散射效应会给阵列信号处理带来哪些影响?这个问题并没有得到足够的重视和系统研究。为此,本文结合实际应用出现的问题,研究近场散射环境下阵列信号处理方法,特别针对实际系统中存在的各种误差因素等,开展近场环境下的稳健阵列信号处理研究,其主要工作和创新性成果有:1、建立了近场散射环境下的阵列信号模型。在存在近场散射的环境下,阵列接收到的信号包括远场直达波信号与近场散射信号,接收信号的合成导向矢量由三个参量构成:远场导向矢量,近场散射矩阵与近场散射系数矢量,其中近场散射矩阵与近场散射系数矢量之积构成了等效的近场导向矢量。这个近场导向矢量的存在会造成按传统阵列导向矢量进行处理的波达方向估计与波束形成的性能严重恶化。2、分析了近场散射信号对DOA估计性能的影响,提出了一种导向矢量修正的近场环境下阵列信号超分辨DOA估计方法。对于典型的等距线阵,近场导向会破坏原有阵列导向相位的线性结构,如果仍按照传统谱估计的方法进行DOA估计,会出现许多由于近场效应造成的多个谱峰,使得波达方向无法估计。并且当散射信号与阵列参考中心的夹角靠近直达波来波方向时,还会造成DOA估计结果的偏移。针对近场环境造成的波达方向无法估计这一问题,通过建立的近场散射环境下的阵列模型与先验得到的近场散射系数矢量与近场散射矩阵提出了一种将阵列导向进行修正的MUSIC高分辨方法,所提方法能够很好地消除近场散射信号对DOA估计所造成的影响。3、分析了近场散射信号对自适应波束形成性能的影响。结果发现近场环境可能会使得波束形成器在主瓣方向形成零陷,从而引起目标信号被当成干扰信号来抑制;同时近场环境也会影响干扰抑制,如果还是按照远场导向进行波束形成,干扰就会向其他角度空间方向扩散,波束旁瓣区零陷无法有效抑制扩散了的干扰信号。针对这一问题,在先验已知近场散射系数矢量与近场导向矩阵的基础上提出了一种基于虚拟阵列变换补偿近场散射影响的自适应波束形成方法,该方法将含近场环境的混合阵列流形变换成远场环境下的理想阵列流形后再进行自适应波束形成,所提方法比直接修正导向矢量的方法输出信干噪比更高,旁瓣电平更低,综合性能更好。4、研究了在近场散射环境下稳健自适应波束形成的关键问题。考虑了远场直达波信号导向,近场散射矩阵以及近场散射系数矢量都可能存在误差且误差较大时的情况,指出这三个参量的扰动包括诸如估计误差,信源的快速移动等,会对实际系统的波束形成的稳健性提出要求。对这三个参量的优化估计会导致一个四阶优化问题,很难求解。为此本章先假设近场散射矩阵精确已知,即近场散射体的位置可以通过精确测量得到,这时的三个未知参量的优化变成了对未知的远场直达波信号导向与近场散射系数矢量两个参量的优化。我们把这两个参量组合成一个联合矢量,这样,上述四阶优化问题通过变换就退化成一个二次约束二次规划问题,且是一个凸优化问题。该变换的核心在于从稳健Capon波束形成的思想出发,通过将该问题的一个大的超立方体不确定集划分为两个小的椭球不确定集,构成一个双不确定集方法,从而得到的估计导向矢量非常接近真实信号的导向矢量,再通过不确定集的方法找到其最优解。而当近场散射矩阵未知或者存在测量误差时,算法考虑两步迭代,即第一步先固定近场散射矩阵,然后类似于前面的算法估计出其他两个参量,即上述的联合矢量;第二步再用估计得到的两个参量来优化计算近场散射矩阵;通过两个步骤的循环迭代,直到输出得到真实信号导向矢量近似的次优解,再用不确定集的方法得到其最优解。仿真实验证明所提方法在近场环境下对各种误差的稳健性方面优于其他考虑近场后的稳健波束形成方法。