在特定的空域形成特定形状波束的波束赋形技术在卫星通信和雷达探测领域有着广泛的应用。在不同的应用场合,波束除了在主瓣区域的形状要求为任意复杂形状外,还要求旁瓣尽可能的低;除了单波束赋形,有时还要求对多个不同波束进行赋形。为满足波束赋形的要求,阵列天线方向图综合过程中还需要考虑许多实际因素,包括:阵列中阵元方向图各不相同、阵元激励的幅度有量化限制、阵元激励幅度和相位存在误差等问题。本文围绕卫星通信和雷达探测中的波束赋形需求,对波束赋形方向图综合技术展开了研究。本文主要工作如下:1.针对天线阵列上不同阵元的阵中方向图各不相同的情况,提出了基于加权广义瑞利商构架的幅相联合优化波束赋形方向图综合算法(Weighted Generalized Rayleigh Quotient Approximation,WGRQA)。通过使用阵列方向图相乘原理,提出了一种阵中阵元方向图各不相同情况下的综合方向图模型,并且通过这种模型构建了一个由副瓣电平,主瓣波动度以及主瓣能量三个优化项组成的新型代价函数,然后使用广义瑞利商逼近方法得到最终的阵元激励,从而达到通过一个任意形状,且阵中阵元方向图各不相同的阵列,综合出任意脚印方向图的目的。除此之外,由于在综合过程中无法控制方向图在空间上每一个方位的精确性,文中设计了一组权重矩阵,并将其加入到代价函数中,以此提高综合方向图的准确性。仿真结果表明,WGRQA方法可以在阵列阵元方向图不同的情况下,使用任意形状阵列对任意的脚印方向图进行高效的赋形综合。2.针对天线阵列中阵元激励幅度有量化限制的情况,提出了一种基于阵元激励幅度分档的波束赋形方向图综合中的算法。该算法共分为三步。首先使用WGRQA算法得到幅相联合优化的阵元激励,然后使用概率密度理论对这些阵元激励幅度进行处理,获得阵元激励幅度量化档位及档位的分配,最后通过得到的量化阵元激励幅度优化出一组新的阵元激励相位分布。该算法的优势在于,可以根据任意形状的阵列和脚印图来划分阵元激励幅度的量化档位区间,从而有着更广泛的适用性。仿真结果表明,该量化方法综合速度快,同时得到的综合方向图在性能上与使用幅相联合优化阵元激励得到的综合方向图相差不大。3.针对多波束赋形中多组波束的阵元激励幅度需要优化为一组共同阵元激励幅度(Common Elements Excitations Amplitudes,CEEA)的情况,提出了一种基于核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)和半正定松弛技术(Semi-Definite Relaxation,SDR)的多波束赋形方向图综合算法。该算法分为三步。第一步,使用WGRQA算法计算得到每组波束的幅相联合优化阵元激励,并且将所有阵元激励幅度组成阵元激励幅度矩阵(Elements Excitations Amplitudes Matrix,EEAM)。第二步,使用核主成分分析方法从该矩阵中分解出一组共同阵元激励幅度。第三步,根据共同阵元激励幅度使用半正定松弛技术优化得到每组波束对应的阵元激励相位分布。与其他多波束赋形方向图综合算法相比,该算法得到的共同阵元激励幅度能最大化的表征第一步中多组波束的幅相联合优化阵元激励的幅度信息,因此其得到的综合结果不仅赋形波束形状匹配性好、旁瓣低,而且计算时间近乎减少了一半。仿真结果表明,该方法可以较好的完成多个波束的赋形需求。4.针对波束赋形方向图综合过程中在阵元端存在激励误差的问题,使用了区间分析方法对波束赋形方向图综合进行了容差分析。在考虑阵元激励幅度误差的情况下,推导出了阵列天线功率方向图函数的区间模型,并结合实际应用,仿真分析了最大副瓣电平误差,最大主瓣波动度误差以及最大主瓣增益误差等主要性能参数对阵元激励幅度误差的容限,从而估算出综合方向图所允许的最差性能情况,为实际中的方向图综合提供了理论参考。仿真结果给出了使用区间方法得到的误差方向图及误差参数的上下界,并且给出了在阵元激励幅度误差存在的情况下,阵列参数和误差参数的变化对于综合方向图的影响。