自适应波束形成技术作为一种空域滤波方法,旨在提取出期望方向信号的同时,抑制其他方向的干扰及环境噪声,其在雷达、声呐、无线通信等领域中有着广泛的应用。当存在非理想因素引起的导向矢量误差时,基于样本协方差矩阵的经典稳健自适应波束形成器往往以牺牲干扰抑制能力为代价避免出现主瓣响应失真。因此,如何在保证主瓣响应无失真的前提下更好地抑制空间干扰,是自适应波束形成中亟待解决的实际问题。近年来发展出的基于协方差矩阵重构的自适应波束形成技术,能够在有效地避免期望信号出现“自消”现象的同时,提升自适应波束形成器的干扰抑制能力。然而,现有的协方差矩阵重构类自适应波束形成算法一方面较为依赖干扰的先验信息,另一方面对阵列结构误差也较为敏感。针对这些问题,本文对协方差矩阵重构技术进行了深入的研究,提出并完善了一系列基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法。本文研究工作的主要内容包括:1.针对相干干扰与导向矢量误差同时存在时,现有重构类波束形成器干扰抑制能力较差的问题,提出一种基于干扰不确定集的空域扇区重构自适应波束形成算法,该算法适用于任意阵型。算法首先使用迭代自适应估计的方法拟合解相干的样本协方差矩阵,再使用传统的空域扇区重构方式,将估计的空间谱在干扰导向矢量不确定集上进行积分,从而重构出干扰加噪声协方差矩阵。最后,通过同样的方式重构出期望信号协方差矩阵,并将其最大特征值对应的特征向量作为期望信号导向矢量的估计。数值仿真与实验结果表明,所提算法可以在存在导向矢量误差时有效地抑制相干干扰。2.针对现有重构类波束形成器对阵元位置误差较为敏感的问题,提出一种阵元位置误差补偿空域扇区重构的自适应波束形成算法,该算法适用于直线阵。该算法首先利用低分辨率方位估计算法对期望信号和干扰的方向进行粗略地估计,再采用加权子空间拟合的方式构建出估计阵元位置误差的优化问题,并利用各个阵元的位置误差相互独立的特性,提出一种迭代算法依次求解出各个阵元的位置误差。最后,将估计得到的阵元位置误差在协方差矩阵空域扇区重构的过程中进行补偿,从而得到较为准确的干扰加噪声协方差矩阵,并对期望信号导向矢量进行修正。数值仿真和实验结果表明该波束形成器能在保证主瓣无失真前提下在干扰方向形成较深零陷,从而提高波束形成器的输出信干噪比。3.针对现有自适应波束形成器在阵元位置误差与信号来波方向误差耦合时干扰抑制能力下降的问题,提出一种基于子空间基变换的自适应波束形成算法,该算法适用于直线阵。通过利用子空间正交性和加权子空间拟合技术,该算法首先构建出一个多维非线性优化问题,并将遗传算法与拟牛顿法混合使用,得到信号子空间的一组非正交基。通过对信号子空间进行基变换,从而在信号子空间中提取出准确的干扰加噪声协方差矩阵,并对期望信号导向矢量进行了修正。数值仿真和实验结果表明,在信号来波方向误差与阵元位置误差同时存在时,该算法的输出信干噪比逼近最优上限。考虑到实际应用中常存在非均匀高斯噪声和线列阵弯曲形变的问题,将子空间基变换技术的应用范围推广至柔性线列阵,并提出一种适用于柔性线列阵的自适应波束形成算法。数值仿真表明,当非均匀高斯噪声环境中的柔性线列阵存在弯曲形变时,该算法的输出信干噪比与最优上限相差不到1 d B。4.针对现有宽带自适应波束形成算法的干扰抑制能力较差的问题,将干扰不确定集空域扇区重构技术拓展到时域宽带,并提出一种基于协方差矩阵重构的时域宽带自适应波束形成算法。该算法首先构建一个干扰堆积导向矢量的不确定集,并将不确定集内的空间谱在干扰扇区内和感兴趣的带宽内进行双重积分,从而重构出一个宽带的堆积干扰加噪声协方差矩阵。接着,算法将主瓣响应差异的不等式约束变换为最小化阵列输出功率和主瓣响应差异的等式约束,从而计算出时域宽带波束形成器加权向量的闭式解,并根据两种不同的思想对期望信号堆积导向矢量进行修正。最后通过数值仿真对该算法的性能进行分析,并以湖试实验数据验证该波束形成器具有较强的宽带干扰抑制能力。