空间阵列天线广泛应用于卫星通信、地球观测、反导预警等领域,是卫星系统的重要组成部分。空间大口径阵列是一种具有高增益和窄波束优点的空间天线形式,具有广阔的发展潜力和应用前景。然而,宇宙真空环境的温度剧变使得天线形变和阵元响应畸变,导致的阵列误差严重影响相控阵天线和信号处理性能,典型的校正方法包括形变测量与电校正两步。为了实时对阵面形状进行监测,空间大口径阵列上分布着监测传感器,然而热载荷和器件老化等因素导致监测传感器失效,难以准确获得阵元位置的监测结果,因此需研究监测结果中缺失数据的恢复方法。在机械测量的基础上,应结合信号处理方法以提高阵列校正精度。空间阵列的形变误差具有空变性和时变性,需根据大口径阵列的形变机理,对阵面结构进行合理准确建模以提高误差估计精度。大口径阵列的波束赋性技术面临计算复杂度高、对阵列误差不稳健等问题,因此有必要研究稳健的方向图快速综合技术。本文围绕空间大口径阵列面临的监测传感器失效、阵面结构误差和热变形误差及大口径阵列波束赋性等关键问题,开展空间大口径阵列的形变机理分析、阵面监测缺失数据恢复、阵列误差估计与校正和大口径阵列的方向图快速综合方法的研究,主要研究内容概括如下:1、针对空间大口径阵列监测传感器失效的问题,提出一种基于图信号处理的监测数据恢复方法。通过建立阵面结构的图信号模型,获得空间天线监测数据的图拉普拉斯矩阵,并基于矩阵填充理论建立了数据恢复模型,采用交替迭代方法求解对应的正则化优化问题。该方法利用了阵面的图结构特性,在无需其他先验信息的情况下,能够在存在单元失效和测量误差时高精度恢复监测数据。稳健性分析与理论仿真表明:该方法能够获得相比其他矩阵填充类方法更加精确的数据恢复结果,并且能够适用于失效率较大的情况。2、空间大口径阵列由多个天线子板构成,口径可达几十甚至数百平米。针对空间大口径阵列的待估计参数数量大的问题,提出直接估计误差模型参数的方法。不同于传统的随机误差,子板的装配、拼接和伸展导致的阵列结构误差具有低阶误差模型,因此可以利用该低阶模型进一步提高误差估计精度。在对天线展开结构分析的基础上,分成两个层面在子板级和阵元级建立位置误差模型,通过对主瓣内距离/多普勒模糊情况进行分析,推导出雷达工作参数的约束条件,利用从杂波回波中提取的校正源数据,结合结构误差模型和电校正算法,直接估计出误差模型参数。仿真结果表明该方法能够实现高精度的位置误差估计,同时获得良好的方向图校正结果。3、典型的空间大口径阵列的校正方法包括阵面形变测量和信号处理两种方式,其中,阵面形状的监测系统受限于测量设备的安装精度,而直接进行电校正在形变量较大时存在着误差估计的模糊问题。针对这一问题,在考虑卫星阵列监测系统和实际热变形特性的基础上,提出了结合机械测量和信号处理的误差估计方法。根据监测系统中测量传感器的测量值获得阵面形变模型阶数和阵元位置初始估计,通过分析星-地几何关系,从模糊杂波数据中提取校正源信号,进而在每次迭代中优化求解得到阵元位置更加精确的估计值。稳健性分析与理论仿真表明:该方法对热变形误差能够实现有效、快速地估计,并且在形变量较大的情况下仍具有良好的稳健性。4、当阵列规模较大时,传统的方向图综合技术具有较高的计算复杂度,并且在存在阵列误差时稳健性较差。针对这一问题,提出一种改进的迭代离散傅里叶变换(DFT)方向图综合方法。利用泰勒展开去掉阵元位置和扫描角度的耦合关系,推导了具有幅相、位置误差时方向图函数和阵列加权的补偿矩阵,在迭代过程中修正了方向图函数和阵列加权的转换关系,从而能够正确获得预期的方向图。理论仿真实验验证了该方法对于一维线阵、二维面阵波束赋性的有效性和稳健性,分析了泰勒展开阶数对方向图综合结果的影响,为后续实际工程中的参数选择提供指导。