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时反方法在最近几十年内已经得到了迅速发展，并且被广泛应用于医学上的超声成像和治疗、水下声学、非破坏性检测、房间声学、无线电通信等领域中。由于有限的阵列孔径，常规时反方法在空时域的聚焦性能并不理想，为了解决该问题，许多学者提出了改进的最优时反方法，以改善空时域的聚焦效果。在实际应用中，这些方法都需要进行多次的收发操作，实现麻烦费时、难于实时处理。另外，现有时反方法的声场聚焦实验，都是基于线阵列或弧阵列进行的，对于随机阵列的时反声聚焦实验还没有进行过深入研究。
针对这些问题，本文进行了深入研究，寻求解决问题的有效方法，本文的主要创新点包括以下三个方面：
(1)基于NR-TR方法的物理模型，提出了两种随机阵列的NR-TR聚焦方法：SCNR-TR和MCNR-TR方法，这两种方法都能够在阵元频响存在差异，阵元位置随机布放的情况下，实现期望位置点的声场聚焦。SCNR-TR方法实现简单快速，但聚焦信号中包含阵元之间的交叉干扰分量；MCNR-TR方法通过引入阵元独立发射和同步校准机制，消除了交叉干扰分量的影响。实验结果，表明了两种方法对随机阵列NR-TR聚焦的有效性。
(2)提出了基于ILS-PF的随机阵列最优NR-TR聚焦方法，以解决SCNR-TR方法时域聚焦信号的拖尾现象和波形展宽问题。该方法在保持SCNR-TR方法空域分辨率的同时，利用迭代预滤波器去均衡时反操作算子的时域响应，以达到逆滤波聚焦的效果，避免了传统聚焦方法因空域均衡引入的重复收发操作。在实际应用中，发射阵列只需要对时反信号进行迭代预滤波处理后再重新发射，就可以在聚焦点位置恢复出期望的聚焦信号波形，实现简单快速。仿真和实验结果表明，所提出方法能够在时域上取得逆滤波聚焦效果，同时保持了较高的空域分辨率。
(3)针对主动时反方法同样存在的时域聚焦缺陷，提出了基于ILS-PF的随机阵列最优主动时反聚焦方法，即将ILS-PF方法和随机阵列结构引入到主动时反聚焦，利用迭代预滤波器对源信号进行预滤波处理，再按照常规主动时反方法的操作步骤进行声场聚焦，能够在期望位置取得时域逆滤波聚焦效果，实现简单快速，便于实时处理。仿真和实验结果表明，该方法能够取得时域逆滤波聚焦效果，同时其空域分辨率比常规主动时分方法有所提高。
这些理论和实验结果，对于时反方法在传感器网络及声通信领域的应用研究，具有一定的指导意义。