随着无线通信的使用范围越来越广泛,所面临的电磁环境变得更加复杂,使得某些应用环境中接收信号变得越来越微弱。例如深空通信和军事通信中,即使采用最大口径天线和最低噪声温度接收机也可能难以实现信号的有效接收。因此,如何保障低信噪比信号的接收是目前通信技术的一个重要研究内容。一种有效解决方法是通过多个天线对同一信号进行接收,利用信号的相干性和噪声的不相关性,将信号进行加权合成,从而提高接收信号质量。该方法可以提高天线的等效口径,接收性能能够超过现有的最大口径天线,给一些极低信噪比信号的接收提供了途径。同时由于多天线信号合成具有成本低、组阵灵活以及稳健性强等优点,因此在众多领域得到应用。本文主要围绕无需符号同步的随机布局多天线信号波形合成的关键技术进行研究,针对其中多天线信号相位差估计、时延对准技术、合成权值估计以及频率选择性慢衰落信道下的合成问题进行深入探讨和分析。由于采用多个天线接收同一目标信号,因此若不考虑信号间的参数差以及信道的影响,各接收信号具有相同的信号分量,这就为信号间的参数差估计性能提升带来可能,从而也提高的合成性能。鉴于以上的事实,本文在信号波形层面上就如何联合利用多天线信号进行参数估计,降低合成增益损失进行深入研究,主要工作和创新点如下:1、从参数估计角度对SUMPLE算法的合成权值相位特性进行理论分析,并针对不等信噪比该算法合成权值的优化问题,提出了一种合成权值幅度修正方法,有效地提高了该算法对低信噪比信号的抑制能力,可用于故障天线的检测。在深入研究SUMPLE算法的基础上,对该算法合成权值的相位补偿性能进行理论分析,从参数估计角度揭示了该算法具有较好合成性能的内在机理。由于各路信号经过补偿后具有相同的相位中心,因此将该算法用于多天线信号相位差估计中,并分析了相位差估计的理论性能。同时,为了降低信噪比较低信号的影响,提出了一种基于SUMPLE算法的权值幅度修正方法,并分析了修正因子对降低弱信号影响的有效性。理论分析与仿真结果表明,权值幅度修正算法能明显降低信噪比较低信号的权值幅度,有利于抑制质量较差信号的影响,减少合成增益损失,可用于天线组阵中故障天线的检测。2、针对低信噪比下不同时延多天线信号的参考选择问题,提出了一种基于准合成输出信号作为参考的时延对准算法,分析了该算法的理论收敛特性并进行仿真验证,有效降低了合成增益损失。从匹配滤波器界角度理论上分析了时延估计误差对信号合成的影响,并利用最大似然接收机进行仿真验证。旨在寻求有效的多天线信号联合时延估计算法,区别于传统的仅利用固定参考信号实现信号间的时延估计方法,提出了基于准合成输出信号作为参考时延对准算法,并分析了该算法的理论收敛特性以及实现的相关问题。结果表明,该算法以其它所有路的合成信号作为参考,提高参考信号的信噪比,时延估计性能在低信噪比条件下其估计性能改善更为明显,且优于冗余融合算法。3、推导了多天线联合接收BPSK/QPSK信号合成权值估计的CRLB,并利用合成权值具有相对性特点,提出了一种基于噪声自相关特性的合成权值盲估计算法,解决了信号合成中权值估计的通用性问题。根据各天线接收信号具有相同信号分量的特点,因此首先推导了多天线联合接收的BPSK/QPSK信号合成权值估计的CRLB,从参数估计性能下界的角度理论上证明了多天线联合的合成权值具有更好估计性能。同时,针对信号合成中权值估计的通用性问题,鉴于合成性能跟信号间合成权值的比值有关而与权值大小无关的特性,提出了一种基于噪声自相关特性的合成权值盲估计算法。该算法充分考虑信号间的关系,跳过估计单路信号的信噪比和功率,利用信号的二阶统计特性和噪声的自相关特性,完成合成权值的估计。该算法能适用于在未知信号信噪比、调制方式、信号带宽以及中心频率偏差下的信号合成,而且计算量简单,易于实现。4、针对频率选择性慢衰落信道下的低信噪比多天线信号合成问题,从频率分量最大信噪比的角度分析了最佳合成权值,提出了基于频率分量合并的多天线信号波形合成算法,显著改善了信号的解调性能。在对匹配滤波器研究的基础上,推导了频率选择性慢衰落信道下的多天线信号的最佳合成权值,并从频率分量信号的信噪比最大角度解释的合成权值的物理意义。针对频率选择性慢衰落信道下的低信噪比信号合成问题,提出了一种在未知信道下无需进行符号同步的多天线信号波形合成算法。在频域,该算法按照每频点信号最大信噪比准则对信号进行加权合成,提高了合成输出信号的每个频点的信号信噪比,改善了合成信号的衰落特性。该算法对信号调制方式透明且无需符号定时同步,能够有效地提高信号的接收质量,为频率选择性信道下的低信噪比信号合成提供了新的解决思路。5、针对固定参考信号的信道相位非线性失真影响信号解调性能的问题,提出一种基于平均相位参考的相位补偿算法,解决了频率选择性慢衰落信道下的参考相位信号选择问题。对于符号定时同步后跟随符号间隔均衡器的常用解调方式,首先从符号同步后的信号信噪比以及均衡器性能分析了信道相位的非线性失真对解调的影响。为了降低相位非线性失真对解调性能的影响,区别于固定信号为参考的方法,提出了一种基于所有路信号平均相位参考的相位补偿思路,即合成后信道相位为所有路信道相位的平均值。由于平均可以消除随机性,因此将有效地改善合成信号的相频特性,避免了固定参考信号相位非线性带来的可能严重影响解调性能的问题。同时针对相位差估计的模糊性问题,给出了相对平均相位的补偿算法,最后通过仿真验证了算法的有效性。