宇宙黑暗时期和再电离时期是目前可观测宇宙中唯一尚未被探知的领域，必将成为继研究宇宙微波背景辐射鼎盛之后观测宇宙学的又一黄金研究领域，而探测宇宙黑暗时期和再电离时期的最有效手段是中性氢的21cm辐射，它可以纵深可观测宇宙的各个历史时期，直接勾画出宇宙物质结构的三维立体图画和演化进程。然而，来自宇宙黑暗时期和再电离时期的中性氢辐射仅有10mK的量级并被淹没在了强大的宇宙前景和仪器系统噪声中，给实际天文观测带来了巨大的困难和挑战。目前，基于低频射电干涉技术的诸多综合孔径望远镜阵列相继投入观测和即将建成，如何成功剔除前景的巨大污染和消除仪器的系统噪声，从而成功提取宇宙背景信号成了目前21cm宇宙学的热门研究课题。　　虽然近年间一些非参数的前景去除技术逐步得到发展并趋于成熟，但主流的低频射电前景去除技术强烈地依赖前景的频谱特性，即由同步辐射主导的低频射电前景在频率空间是无结构的和平滑的，所以可以通过移去一个或多个平滑成分的方式予以扣除，而宇宙再电离的信号则是在频率空间有明显结构的。本论文研究的第一个课题是:任何前景射电源的同步辐射都会产生所谓自吸收现象，造成频谱在某一特征频率发射反转，谱指数从同步辐射的负幂律转换成正幂律。根据现有射电观测，大约有千分之几到百分之几的源频谱反转发生在低频波段50-200MHz的范围内。由于这种同步辐射自吸收现象会破坏前景频率空间的“平滑性”假设，对宇宙再电离实验的前景去除将带来可能的影响。我们利用SKA的数值模拟结果，结合射电观测数据的半经验模型，模拟了带有同步辐射自吸收的射电源产生的低频射电背景。进一步，对于具有自吸收和没有自吸收的两种低频射电背景，我们应用相同的前景去除方法检查并比较背景移去后的背景角功率谱是否相同且是否低于宇宙再电离信号。我们发现，如果同步自吸收的频谱反转发生得比较缓和（典型宽度200MHz左右）而不是尖锐或突变，则目前基于频谱空间移去前景的技术完全可以使用，因为选择如20MHz带宽移去前景既能保证带宽小于同步自吸收的宽度又能使得背景宇宙再电离的信号不被抹去。而根据现有射电源的观测和天体物理的推测，同步辐射自吸收发生的频谱宽度一般都大于200MHz，所以，即使存在前景源的同步辐射自吸收现象也不会严重影响目前宇宙再电离实验对前景的剔除精度。　　宇宙再电离实验对目前的低频射电综合孔径望远镜阵列的精度和灵敏度提出了很高的要求，达到了目前人类在低频波段的探测极限，任何来自仪器的效应都可能导致实验的失败或被误认为是宇宙的信号，毕竟我们要探测的是比系统噪声低5个数量级的信号！这里，仪器效应包含两方面的技术指标:一是系统的增益，其随频率和时间变化，必须绝对定标;二是系统的空间响应函数，其随频率和空间变化，受旁瓣影响严重，需要实验室测定（但无法给出天线间耦合）或通过天空已知标准源确定。对于21CMA这样的天线阵列，由于指向固定，不存在既空间密集分布且各频率流量已知的大量标准源，所以无法实施绝对和精准的定标，需要探索其它途径解决仪器效应的影响。由于宇宙再电离信号及其微弱，目前所有干涉望远镜阵列都是利用统计手段测定二维或三维功率谱的方式来探测宇宙再电离的过程。综合孔径射电干涉望远镜对可视度函数Vij进行直接测量，而不是直接成像观测，两者互为一对傅立叶变换，而二维角功率谱Ce也反映像空间的傅立叶变换，所以，利用可视度函数Vij可以直接测定角功率谱Ce。由于Vij受仪器效应影响，我们提出在综合孔径干涉测量中利用可视度函数相关系数pij=Vij/(ViiVjj)1/2来代替传统的可视度函数，并且从理论上证明由pij构造的角功率谱Ce不包含仪器响应的影响。进一步，我们利用数值模拟的射电天图和21CMA作为探测设备，模拟了射电干涉观测和天空背景角功率谱的重建过程，恢复了低频天空的功率谱并且完全消除了仪器的影响。此方法对于统计发现宇宙再电离信号极其重要，将被21CMA实际观测采用。另外，我们研究了利用21CMA直接获取全天再电离信号面亮度的可能性，提出了利用围绕北极的同心圆环上强弱源之比来消除仪器系统影响的方法，并利用数值模拟进行了检验。