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发射波束形成可以使发射方向图在干扰方向形成零陷，即在有干扰的方向不发射功率，使敌方侦察系统不能发现我方设备的存在，从而可大大地提高我方设备的生存能力。而唯相位自适应波束形成技术可以在阵列各发射单元饱和输出的条件下，自适应地在方向图上对应干扰位置形成零陷，既可以对抗干扰，又可以避免由于波束形成对系统威力产生大的影响。此外，在雷达、卫星通信和导引头制导等特殊应用场合，需要相控阵能够在阵列各发射单元饱和输出的条件下形成具有特殊形状的发射主波束覆盖特定区域。本文根据这些需求，对相控阵唯相位波束赋形、唯相位自适应波束形成和波束赋形基础上的唯相位自适应波束形成等技术进行了研究。本文主要工作如下: 1、针对传统的唯相位波束赋形方法主波束形状控制不理想，方向图旁瓣过高等问题，提出了基于梯度下降法的唯相位波束赋形方法(Phase-only Gradient Optimization，PGO)。PGO方法首先对方向图主波束进行赋形，通过误差平方和最小使实际方向图主波束逼近期望的方向图主波束，并通过梯度下降法求解最优唯相位权重。然后，在主波束赋形问题模型上加入旁瓣抑制项，为了得到尽可能低的旁瓣，PGO方法对方向图各旁瓣方向分配一个自适应的加权因子。仿真结果表明，PGO方法可以得到较好的主波束形状和较低的旁瓣电平。但是由于该方法不是全局最优方法，因此，对于不同形状的期望方向图需要选取与之对应并且合适的初始唯相位权值。 2、针对PGO赋形方法需要选取合适初始值的问题，提出了基于加权交替投影(Weighted Alternating Projection，WAP)的唯相位波束赋形方法(Phase-only WAP,PWAP)。该方法利用半正定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)技术建立了任意形状方向图到唯相位权重的映射关系，然后利用WAP方法搜索满足期望方向图要求的唯相位权重。PWAP方法对方向图各方向都施加一个加权因子，根据实际方向图各方向与期望方向图的误差大小来调节该加权因子，因此PWAP方法对方向图主瓣和旁瓣都有比较好的控制能力。此外，PWAP方法对初始唯相位权重不敏感。 3、已有的唯相位发射波束形成算法需要首先根据接收数据信息估计出干扰信号来波方向和个数，然后使用唯相位方向图置零方法在估计出的干扰方向形成零陷，这种两级处理的方式增加了发射波束形成的复杂度。此外，目前的唯相位波束形成问题往往是非凸的，需要选取合适的初始唯相位权值，否则算法容易陷入局部最优。针对这些问题，提出了基于SDR技术的唯相位最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response，MVDR)波束形成算法(Phase-only MVDR based on SDR,P-SDR-MVDR)，不需要估计干扰信号来波方向和个数，只需要接收数据信息就可以自适应地在发射方向图对应干扰的位置形成零陷。仿真结果表明，P-SDR-MVDR方法具有良好的方向图置零性能，并且不需要选取初始值。 4、针对唯相位自适应波束形成算法在误差存在情况下性能下降的问题，提出了范数约束的稳健唯相位自适应波束形成算法(Norm Constrained P-SDR-MVDR，NCP-SDR-MVDR)。实际阵列系统会存在各种误差，如目标指向误差和阵元位置误差，而误差的存在会使阵列方向图出现主波束指向偏移甚至主波束发生畸变。由理论分析可知，在主波束出现指向偏移或畸变时，权重矢量的范数会变得比较大，因此约束权重矢量范数的上界可以避免这种情况的发生。仿真结果表明，NCP-SDR-MVDR方法可以有效提高误差情况下的阵列方向图性能，但是方向图性能的改善依赖于选取的约束值，即便是在约束参数取值范围内，也并不是所有的值都能保证该方法有最好的方向图性能。 5、针对NCP-SDR-MVDR算法的方向图性能取决于约束值的问题，提出了不依赖于参数值的基于迭代二阶锥的稳健的唯相位自适应波束形成算法(Phase-only Iterative Second Order Cone，PISOC)。该方法推导了唯相位波束形成模型中目标函数和增益约束对唯相位权重矢量的一阶泰勒近似展开式，并通过迭代方式求解最优唯相位权重。由理论分析和仿真实验可知，PISOC方法可以有效对抗目标指向误差和阵元位置误差带来的不利影响，并且该方法对参数取值不敏感。 6、在卫星通信和导引头制导等特殊应用场合，需要相控阵发射方向图既能形成期望形状的静态主波束，又能自适应地在干扰方向形成零陷。针对该问题，提出了波束赋形基础上的SDR自适应波束形成算法(Phase-only Beam Shaping and Adaptive Beamforming based on SDR，P-SDR-BSAB)，该方法利用PWAP赋形方法的数学模型，并结合接收数据的协方差矩阵，在问题模型中加入干扰置零项，从而使算法在形成静态主波束的同时能够自适应在于扰方向形成零陷。仿真结果表明，在接收到的干扰信号功率远强于信号功率时，P-SDR-BSAB方法可以有效地在干扰信号来向形成自适应零陷，并且主波束性能基本不受影响。但是该方法依赖于PWAP赋形算法，需要知道该赋形算法的具体数学模型和参数。 7、P-SDR-BSAB算法依赖于PWAP赋形算法，针对这一问题，提出了波束赋形基础上的小相位扰动自适应波束形成算法(Phase-only Beam Shaping and Adaptive Beamforming based on Small Phase Perturbation，P-SPP-BSAB)。该方法通过相位扰动来调整零陷对准干扰方向，并且该方法只需要波束赋形算法得到的唯相位权重，不需要知道具体的算法模型和参数，使算法不必依赖于选用的赋形方法。仿真结果表明，该方法同样可以有效地在干扰方向形成自适应零陷，并且主波束性能基本不受影响。 8、结合应用需求，开展了X波段相控阵发射阵波束赋形及自适应零陷的微波暗室测量试验。该试验系统以基于直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer,DDS)技术的数字T/R组件为核心，用DDS数字移相代替了传统的模拟移相器。研究和完成了系统发射通道和接收通道校准，并给出了实际校准测试结果。在微波暗室完成了系统发射方向图的测试，验证了本文所提唯相位算法在实际系统中的可行性。