无线通信频谱是一种非可再生的资源，大部分国家几乎已经将本国的可用频谱资源分配完毕，频谱资源相当紧张。但是在目前静态频谱分配方式下，很多频段的使用效率却很低，认知无线电提出认知用户（CR用户）在不干扰授权或主用户的前提下，通过动态接入空闲频谱即“频谱空穴”，可以提高频谱利用效率。按照不同维度，频谱空穴可分为时域、频域和空域空穴，不同维度的频谱空穴需要对应的频谱感知方法，本文针对空域的频谱空穴进行了感知实验及测试研究。第一章对认知无线电的应用背景和国内外研究现状进行了介绍，对本文的结构进行了介绍。第二章对认知无线电进行了综述。首先对认知无线电定义进行了介绍，然后对认知无线电的关键技术，频谱感知和频谱管理技术进行了说明，最后对空域频谱感知方法（空间谱估计算法）进行了介绍。第三章对认知天线阵列的特性进行了研究。首先对认知天线阵列的特性进行了简单介绍，然后设计了一种适用于认知无线电的宽带微带天线，并组成6元阵列，利用任意波形发生器、数字串行分析仪、放大器等实验仪器对阵中单元方向图进行了测量，用实验对一种基于时间反演的方向图综合方法进行了实验验证，利用这种方向图综合方法，可以快速综合出带宽内任意频率的最大增益方向，便于确定阵列的扫描范围。第四章对空域频谱感知进行了实验研究和分析。首先采用第三章中的6元阵列进行了空间谱感知实验，结果显示信号从某些角度入射时，空间谱估计会出现伪峰即虚假用户。然后对伪峰出现的原因进行了分析，并基于阵中单元接收方向图，提出了一种已固含阵元耦合效应的新型导向向量，并采用该导向向量代替传统算法中的理想导向向量，对空域上的频谱空穴进行了估计和分析。实验结果表明：新方法不仅可以大幅度抑制伪峰，还能大幅度提高来波方向的空间分辨率。第五章对本文工作进行了总结，并对下一步工作的方向进行了介绍。