波束形成技术是阵列信号处理的重要研究内容之一,已在雷达、声纳、通信以及医学诊断与治疗等多个领域中应用并不断发展着,性能也不断提高。随着各种电子设备的不断应用,电磁环境日益复杂,要求波束形成系统具有更好的抑制噪声以及抗干扰的能力;同时,随着各种应用研究的不断拓展,尤其是宽带应用的不断发展,要求波束形成系统有更高的速率和带宽。论文针对这些情况,对波束形成技术进行了较深入的研究和讨论,概括如下:首先,论文通过对有向阵元与全向阵元的二元阵的比较分析,指出有向阵元的指向性可有效地改善方向图的旁瓣性能。考虑基于全向阵元的均匀圆阵的旁瓣的宽带特性较差,导致其可工作带宽不够的问题,提出采用有向阵元改善均匀圆阵的综合频率性能。在此基础上,论文对均匀圆阵的阵形结构进行了细致的分析,指出均匀圆阵旁瓣频率特性不好的成因来自于阵元的非等间距分布,并根据有向阵元的辐射函数与期望信号的关系,设计了根据入射期望信号方向选择性关闭与入射期望信号方向相反的半圆部分阵元的半圆阵阵形结构,大大改善了阵列的旁瓣性能,使得阵列综合频率特性相对于均匀圆阵得到明显的改善。其次,论文通过对多径信道模型的分析,利用该模型的波达角分布的概率密度函数及DOA的先验知识设计了在多径信道条件下的阵元输入信干比估计方法。又通过对基于采样协方差矩阵的最小功率无失真响应波束形成器与最小方差无畸变波束形成器比较、分析,得出采样协方差矩阵中的期望信号信息是影响基于有限次采样的采样协方差矩阵求逆类算法稳健性的主要因素;又通过对常用的零陷展宽算法的讨论、分析,指出基于零陷展宽算法形成的宽零陷存在不必要的自由度消耗的情况。基于此,设计了自适应凹槽波束形成算法。算法基于信干比估计方法设计凹槽深度,并引入了可提高在有限次采样条件下的稳健性的干扰加噪声协方差矩阵重构算法,使得算法与零陷展宽算法相比,在形成相同宽度与深度的凹槽的同时,消耗较少的自由度,并能在较宽的输入信噪比范围内工作,具有较好的稳健性。最后,群体智能算法中的粒子群和量子粒子群优化算法具有并行、分布、随机、鲁棒以及收敛快等特点,在对波束形成的目标函数的求解过程中亦表现出较好的性能,但其收敛速度仍制约了它们在波束形成中的应用。论文通过分析指出,基于群体智能算法算法的波束形成算法中的适应度函数的设置对于其收敛过程影响较大。基于此,根据波束形成过程的特点,对适应度函数进行了简单优化,提高了在波束形成过程中群体智能算法算法的收敛速度;在此基础上,参照自适应波束形成的约束式,对适应度函数进行了优化设计,提高了基于该适应度函数的波束形成算法的实用性。