随着现代电子技术和计算机的发展,大规模阵列因其高分辨率,高增益,高信号传输率等优点在现代雷达,通信,声呐等领域得到广泛应用。阵列方向图综合作为阵列信号处理中关键技术已成为当前的研究热点之一。伴随着阵列规模的增大,阵列方向图综合技术面临着模型高度非线性,算法计算高复杂性等难点。本文针对这些难点,结合现代优化理论,特别是大规模并行优化理论,聚焦于分析与设计大规模方向图综合方法及其对应的高效求解算法。本文的研究内容主要包括:基于理想导向矢量的大规模阵列方向图综合技术和稳健大规模阵列方向图综合技术。对于理想条件下的阵列方向图综合问题,本文以理想的阵列导向矢量为基础,分别建立了最小化旁瓣电平模型、最大化方向性系数模型和多目标的方向图综合模型,用于设计具有低旁瓣,窄波束等特点的方向图。为了实现对主瓣宽度的直接控制,我们对不同角度的导向矢量进行加权,提出了改进型的方向图综合模型。对于大规模阵列场景,现有的方向图综合技术大多数难以解决计算复杂度太高的难点,而导致其适用的场景大大减少。本文基于交替方向乘子法设计了一种低复杂度,可并行运算的优化算法,以求解方向图综合问题的全局最优值。在仿真实验部分,以大规模平面阵列系统为例,对模型中的各参数进行分析与验证,实验结果证明了本文模型在不同参数下的有效性。对于稳健方向图综合问题,针对导向矢量误差难以测量的难点,本文以幅值扰动与相位扰动做为导向矢量误差的来源,设计了一种实际误差量可测的乘性误差模型。但非线性的乘性误差模型不利于方向图综合模型的求解,本文通过松弛技术将该非线性的误差模型转化为线性的加性噪声模型。以此导向矢量模型为基础,依据最差情况准则,本文建立最小化峰值旁瓣电平的稳健方向图综合模型,并利用凸松弛技术将该非凸问题转化为多项式时间内可解的二阶锥规划问题。此外,本文基于交替方向乘子法给出了可对该二阶锥规划问题全局闭式求解的并行算法。仿真实验结果表明,基于此加性噪声模型的稳健方向图综合方法可大大降低峰值旁瓣电平,同时对大规模阵列具有选择天线的作用。另一方面,收敛性分析验证了交替方向乘子法具有低复杂度、高效快速的特点。