在需要有窄的波束宽度而不需要高的增益等应用中,将天线阵元稀疏地布置是一种有效且经济的方法,由于天线阵元在固定阵列孔径范围内稀疏地布置,此时阵列方向图波束宽度基本不变,阵元间互耦减弱,系统成本和故障率降低,这些优点使得稀布天线阵列在雷达、电子对抗、声呐、无线通信和射电天文学都有着广泛的应用。方向图综合技术通过优化天线阵元位置、激励和相位来逼近给定的期望方向图,天线综合是天线分析的逆问题。本论文主要围绕稀布阵列、稀疏阵列总结了一些常规的阵列方向图综合方法并发展了一些新的方法,研究了大型线阵、大型平面阵列的方向图综合方法,并将稀布阵列、稀疏阵列方向图综合方法集成到一款相控阵天线综合软件中。本文的主要工作如下:本文首先介绍了平面阵包括矩形栅格平面阵、同心圆环阵,和共形阵的阵列方向图原理,将改进的遗传算法应用到在小型稀疏线阵和小型稀布线阵方向图优化中,提出了在限定阵列孔径条件下,优化阵元位置和阵元激励的稀疏线阵、稀布线阵优化布阵数学模型,该布阵模型可用于推广到二维平面稀布阵列布阵模型中。本文研究了基于自适应参数控制和进化状态更新的自适应粒子群算法,自适应粒子群算法使用系统性的参数自适应更新策略和精英学习策略,与经典粒子群算法相比,自适应粒子群算法具有更高效的搜索效率。研究了将自适应粒子群算法用于降低稀布线阵峰值旁瓣电平的阵元位置和阵元激励优化中,得到比遗传算法较好的结果并将该方法推广到二维稀布阵列的方向图综合中。本文还研究了大型线性阵列和大型稀布平面阵列以及大型同心圆环阵列方向图综合问题。由于凸优化算法CVX和全局优化算法对于大型阵列无法求解或者求解精度不高,我们应用非均匀傅里叶变换(None Uniform Fast Fourier Transform,NUFFT)算法研究了一种非均匀阵列方向图快速综合方法,该算法的核心思想是通过将非均匀阵列插值为虚拟均匀阵列,然后用循环快速傅立叶变换FFT算法计算天线阵元激励。本文对大型线阵、大型面阵、大型同心圆环阵列采用NUFFT算法进行快速方向图综合,相关仿真结果表明大型非均匀阵列方向图快速综合方法能够很好地应用到卫星通讯、天文学等应用中。本文最后基于MATLAB开发相控阵天线方向图综合仿真软件平台,提出软件的总体设计思路和设计流程,介绍了软件基本功能模块和参数设置,采用遗传算法、粒子群算法、凸优化算法、循环快速傅里叶变换(FFT)和非均匀傅里叶变换(NUFFT)等算法,最后对均匀阵列、稀布阵列、稀疏阵列的各个算例进行了仿真与验证,本软件的计算结果满足精确性和工程实用性。