随着社会经济的不断发展,人民群众对于生活品质和人居环境的要求不断提高,噪声污染问题也日益凸显。由于噪声的产生与人们的生活状态、主观意愿高度关联,先进的技术手段对于噪声监测和防治必不可少。定向声波发射技术可以用于具有高指向性的声源装置,由于避免了声波的扩散,从根本上减少了噪声的产生。参量阵是定向声波发射的代表性技术之一,可以在较小尺寸上实现定向声波发射。虽然许多的研究工作都致力于降低参量阵的失真水平,但是参量阵的指向性控制却未得到很好的发展。目前的相关工作都还局限于单频相控参量阵。针对宽带相控参量阵缺乏近场条件下声学理论的问题,在经典参量阵模型的基础上进行了宽带扩展和在近场条件下的修正,建立起了宽带参量阵的指向性模型,使其适合用于宽带相控参量阵的近场特性研究与应用。并且以宽带参量阵的声学理论为基础,研究了宽带相控参量阵的波束形成算法,包括单波束形成算法、单波束指向角控制算法和多波束形成算法。由于参量阵的波束宽度随差频变化而改变,在人耳中会产生音色差异,实际应用中有恒定波宽的需求。所提出算法通过设计载波信号和边带信号控制差频波束形成,能够对单波束进行恒波宽设计,实现单波束指向角控制,使波束指向角精度更高,拓展到多波束形成算法,得到可以指向角度不同的、幅度不同的、波束宽度不同的多波束。根据嵌套式参量阵的声学原理,在常规参量阵的基础上完善了嵌套式参量阵的相关声学理论模型,嵌套式参量阵使用两个不同频率的超声载波,使解调出来的音频声波在远场区域相互抵消,将音频声波限制在一个更小的区域,从而实现更加精确的“定点”声波发射。嵌套式参量阵可以形成波束长度有限的可听声束,是参量阵的最新发展方向之一。针对嵌套式参量阵非线性失真太强的问题,改进了调制方法。通过控制超声频率和初始幅度比系数的选取,提出了宽带相控嵌套式参量阵的波束长度控制,实现了对半幅度波束长度的控制。建立了嵌套式参量阵波束形成最优化模型,求最优解得到在特定距离处波束宽度恒定的有限长波束。