相比于传统相控阵,数字阵列系统作为一种更新体制的天线阵列系统,因其全数字处理所带来的灵活性,拥有更大的动态范围,利用收发波束的数字波束形成（Digital Beamforming,DBF）技术和方向图综合技术,实现更低损耗、更低副瓣的天线波束性能,得到更优的系统检测、跟踪能力以及通信能力等。因此,数字阵列雷达系统正受到国内外研究学者越来越多的关注。本文从数字阵列天线任意方向图综合、馈电网络唯相位控制以及低轨（Low Earth Orbit,LEO）卫星等通量多波束形成等实际需求出发,开展了任意阵列方向图综合算法、收发阵列联合方向图赋形研究、等通量多波束赋形算法以及子阵级相控阵同时多波束赋形的技术研究。本文的主要工作和创新点如下:1.提出了一种基于交替投影（Alternating Projection,AP）和邻近分裂的方向图综合算法（Weighted Alternating Projection and Proximal Splitting,WAPPS）。该方法考虑了阵中单元方向图的相异性,在AP算法的框架下引入了邻近分裂方法,实现了激励幅相连续可调的任意阵列方向图赋形。相比传统AP算法和加权交替反向投影算法（Weighted Alternating Reverse Projection,WARP）,本文方法能够获得更好的波束性能和收敛速度。2.提出了一种基于辅助相位优化的交替投影阵列综合算法。该方法在WAPPS的基础上引入了目标方向图相位变量并对其进行优化,得到最佳目标方向图相位,相比于其他AP类算法只对方向图幅度进行限制的处理,本文对方向图相位的优化处理有助于提高算法的收敛速度和性能。实验结果表明,无论有无激励约束的情况下,该算法均能取得良好的优化效果,且适用于任意阵列,具有良好的推广能力。3.提出了一种幅相连续可调的收发联合方向图赋形算法。在某些情况下,分别单独对发射波束和接收波束进行赋形很难达到各自的要求,尤其是发射阵列需要满功率工作时,此时可以考虑联合优化收发波束,使最终的收发效果满足需求即可。因此针对这种收发联合优化问题,本文首先根据雷达距离方程给出了收发联合方向图的定义,其次提出了一种激励幅相可调的收发联合方向图赋形方法。总的来说,收发联合方向图赋形不仅可以获得更好的赋形效果,还可以降低波束的优化难度。4.基于LEO卫星通信多波束天线提出了一种激励幅度自适应分档约束的等通量多波束赋形方法。该方法可以自适应的计算得到激励幅度的分档值,使各个波束所对应的激励幅度始终为该分档值,并且在通过改变激励相位加权系数切换不同波束时能够保持不变。此外,该方法考虑了LEO卫星通信存在的星下差异大等问题,利用波束赋形实现了等通量多波束覆盖,使接收增益能够基本保持一致。5.提出了一种子阵级相控阵同时多波束赋形算法。该方法不仅优化每个阵元的激励系数,还需要在阵元激励矢量保持不变的情况下,通过改变子阵权重使得子阵端能够同时输出满足赋形要求的多个波束。相比单纯的子阵赋形增加了自由度,而相比单纯的阵元级多波束赋形,子阵结构减少了AD通道数从而降低了硬件成本。首先将多个输出波束构造成一个输出矩阵,与目标方向图矩阵进行F范数逼近,再利用Kronecker积和Khatri-Rao积的性质将F范数逼近改写成矢量的二范数逼近进行求解,最后通过迭代修正目标方向图最终得到满足要求的阵元权重向量和子阵权重矩阵。