无源定位是指接收站不发射探测目标的电磁波,而是通过被动地接收目标的辐射、反射或散射电磁波信号实现对目标的定位。无源定位技术以其良好的隐蔽性、反侦察和抗干扰能力强等优点,已在电子战、航海、导航等领域获得了广泛应用,未来有望用于无人机网络、智能交通和物联网等场景。无源定位中的时差(Time difference of arrival,TDOA)定位技术更以其定位精度高、对接收系统要求较低以及组网能力较强等优点得到了广泛地关注和研究。本文围绕无源时差定位方法及波束成形算法展开研究,主要研究内容如下:1)为了获取更高的定位精度,针对位于地球面的目标辐射源,引入地球约束,提出基于二次优化的受地球约束多星无源TDOA定位算法。通过将定位问题表述为二次约束二次优化问题,利用拉格朗日乘子法获得目标位置的近似解析解。仿真结果表明:在三个典型场景下,所提算法的定位精度均可达到有地球约束的克拉美罗下界,定位性能优于两阶加权的最小二乘和近似最大似然等现有算法。同时由于所提算法能得到目标位置的近似解析解,因此复杂度较低,可有效避免迭代算法的初值选取与收敛性问题。2)为了评估地球约束与变量约束对提升定位性能的重要性程度,提出一种凸加权算法,该算法将带有地球约束和变量约束的双约束二次优化问题,分解为分别带有地球约束和变量约束的两个单约束条件可求解子优化问题,利用权重因子合并两个子问题的解,并对两约束条件重要程度进行评估。仿真结果表明:相较于变量约束,地球约束对定位性能的影响占统治地位,忽略变量约束对总体定位性能几乎没有影响。因此仅采用地球约束,而忽略变量约束的处理方法可以在保证定位性能几乎不变的情况下,简化定位问题的求解,降低复杂度。3)针对干扰环境下的定位问题,利用对角加载方法和凸优化技术,提出一种混合模拟数字波束成形结构下的稳健波束成形算法。该算法通过最小化输出功率,同时使增益在期望到达方向角估计及其所允许的最大误差方向上大于1,以达到同时抑制干扰以及增强波束成型器对期望到达角估计误差的鲁棒性。仿真结果表明:所提算法对到达角估计误差的稳健性优于混合结构下的对角加载波束成形算法。对于中大规模天线阵列,所提算法能显著减少射频链路数,实现系统性能与硬件成本的良好折衷。