单脉冲天线是精密跟踪和制导雷达中广泛采用的一种同时多波束天线,它能够同时提供测角误差信息所需要的全部波束,实现在单次脉冲回波上比较各波束的输出。随着空间宇航技术的迅速发展,迫切要求提高雷达对目标的自动捕获能力以及对付较大空域内的多目标群。采用常规的广角扫描相控阵雷达是解决这个任务的一种可行办法,但大型相控阵雷达系统馈电结构复杂,造价昂贵,尤其是其幅度激励动态范围比常常较高,给馈电网络的实际实现带来困难。四维天线阵作为一种新型的阵列,由于引入了新的一维自由度——时间,因而具有常规相控阵所不具有的新特性。通过合理设计每个阵元的工作时间和单元间距,利用四维天线阵的多个边带,可在自由空间中实现多波束而无需移相器和衰减器,并可在原有基础上沿袭常规相控阵雷达信号处理技术,从而可以提升单脉冲雷达的相关性能指标。本文主要针对四维天线阵应用于单脉冲雷达测角开展了相关的应用基础研究。论文主要分为以下三个部分:首先,本文利用差分进化算法对四维天线阵各单元的时间函数和阵元间距进行优化,充分利用了边带辐射,实现了适合于单脉冲雷达体制下的四维天线阵多波束方向图综合。较常规相控阵的多波束技术,四维天线阵节省了大量移相器的引入,因此可极大的简化天线阵的馈电系统,降低了天线阵的造价。其次,在单脉冲体制下,本文利用四维天线阵所产生的多波束实现了和差波束测角,并对该原理进行了仿真,分析了有噪声情况下的测角误差,此外,针对该应用的接收机系统结构做出了设计。仿真结果表明,较常规相控阵,四维天线阵可以在较宽的范围内实现和差波束测角。最后,针对四维天线阵应用于单脉冲雷达测角理论进行原理性实验验证。在现有实验条件基础上简化了接收机系统结构,并对实验方案进行设计规划。通过所设计的S波段微带天线单元,组建了八单元四维天线阵的线阵测试平台并测试了其和差波束方向图。最后在微波暗室进行了来波方向性估计实验,并对实验数据进行了处理和误差分析。测试结果与数值仿真结果吻合良好,从而验证了四维天线阵应用于单脉冲雷达测角的可行性。