相控阵技术是“硬件”和“软件”为一体的技术产物。“硬件”包括超大规模集成电路、高速计算机、先进固态器件为一体的固态有源天线。“软件”主要是基于阵列信号处理理论的优化算法。　　 在“硬件”方面,本文在Elliott理论的基础上,主要研究波导缝隙相控阵的阵面设计;在“软件”方面,本文主要研究内容以波束赋形优化算法为主,围绕着一维线阵、二维平面阵列展开算法的研究,建立了原理分析、算法分析、算法仿真和算法性能评价等理论框架和系统方法。　　 首先,在Elliott的三方程的基础上,改进了波导宽边纵缝和窄边直缝的设计方法;其次,围绕波束赋形展开研究,提出了三种改进的优化算法;然后,结合两种方法:天线子阵的错位排列和T/R带不同辐射单元数目,降低了方位向扫描时出现的栅瓣;最后分析了相控阵的误差,并应用优化算法校准了T/R组件的失效误差。　　 本文的主要贡献及创新总结如下:　　 (1)在深入研究Elliot三方程的基础上,应用查表索引计算波导纵缝之间的互耦系数,大大缩短了宽边纵缝的设计时间,其次在扩展后的三方程基础上,用波导缝隙天线完成了天线的波束赋形。　　 (2)提出了波导窄边直缝的设计方法。首先分析得出了影响直缝导纳的主要参数,其次得出了与参数有关的四条直缝导纳曲线,最后根据四条曲线,设计了一个16缝隙的线阵,仿真结果验证了设计方法的有效性。　　 (3)针对固态有源相控阵一维和二维天线,提出了基于快速傅立叶变换的波束优化算法。该算法首先利用快速傅立叶逆变换计算出方向图,然后和期望的方向图进行比较,对不满足期望方向图的区域,直接用期望方向图的值代替。重复上述操作,直到方向图满足设计要求。和原有的波束优化方法相比,该方法不做各种复杂操作,因而大大节省了优化时间,提高了速度。仿真结果表明该方法实用、高效。　　 (4)针对有源相控阵天线的波束赋形,提出了一种改进的遗传算法。该算法用正交基函数来表示天线激励单元的相位和幅度分布。通过优化基函数的加权系数,主瓣形状和副瓣凹槽压制可以很好的满足设计要求。在该算法中,用勒让德多项式和正余弦分别表示相位和幅度分布,同时在优化的过程中,变异概率、变异范围和交叉概率自适应的变化。考虑到T/R组件的接收和发射通道的不同,在发射模式下,只优化勒让德多项式的加权系数而幅度分布是均匀分布;在接收模式下,同时优化勒让德多项式和正余弦的加权系数。和传统的遗传算法相比,该算法减少了优化变量的数目和幅度的动态变化范围,而且使得天线激励的相位和幅度曲线更光滑,提高了收敛的速度。几个仿真结果表明,该方法实用、高效。　　 (5)为避免广义矩阵求逆,简化波束优化过程,提出了一种改进的快速迭代波束优化算法。该算法以相位方向图和数学偏导为基础,推导出了波束优化的全过程。同投影算法相比,该算法不仅避免了广义矩阵求逆,大大简化了运算过程,并且缩小了T/R组件幅度动态变化范围,同时在优化的过程中拟合了幅相曲线,从而使TIR组件的幅相分布更加平滑。　　 (6)针对相控阵方位向的扫描特性,研究了减小方向图栅瓣的两种方法:天线子阵的错位排列和不同的T/R辐射单元。结合两种方法,有效地减小了栅瓣。　　 (7)结合第三章的波束优化算法,改善了T/R组件失效后的方向图。重构剩余T/R组件的幅相分布,弥补了失效T/R的影响,并减小了副瓣。同时详细地分析了实时延时器、移相器量化和天线变形对天线性能的影响。