本文结合了国家自然科学基金项目，根据大型设备声学故障检测和诊断的需要，从实际工程应用出发，对提高波束形成的稳健性和分辨率进行了深入的理论和实验研究。本文主要的工作内容包括：（1）阐明本文的开题来源和研究意义，简要回顾的波束形成技术的发展简史以及国内外的研究现状。针对本文的研究对象，分析了旋转机械的噪声特性。（2）系统研究分析了波束形成的理论基础和几种典型的算法，通过仿真对比分析常规波束形成（CBF），最小方差无畸变响应波束形成（MVDR）以及多重信号分类波束形成（MUSIC）的性能优劣及影响波束输出性能的决定性因素。（3）分析了阵列扰动对波束形成的影响。并建立了误差模型，分别讨论只存在幅度误差或相位误差时，扰动对阵列的影响。得出在幅相误差对阵列输出的影响中，相位误差占主导作用。（4）针对误差扰动的影响，提出采用零陷加宽和对角加载来提高阵列的稳健性。并通过分析数据结构，发现了两种方法之间的联系。再针对对角加载量难以确定问题，提出一种基于二阶约束的迭代方法求解最优加载量。该方法可以在未知信号先验信息的情况下，求解出最佳的加载水平。仿真分析表明本文提供的方法能够根据误差扰动量自适应的调整加载量的取值。与固定加载方法相比，该方法能够在保证波束形成稳定性的同时，使阵列增益保持在一个较高的水平。（5）首先介绍了波束域高分率稳健波束形成算法的基本原理。然后引入相位误差，并推导出误差情况下的波束域波束形成的数学模型。仿真实验发现当阵列相位误差较大时，将严重影响波束域算法性能，严重时比阵元域方法性能还要差。针对阵列扰动对波束域方法的影响，提出一种基于广义特征分解的改进算法，构造误差相关矩阵，并使波束域输出协方差矩阵对其广义分解，分离信号中的误差项。仿真结果表明，改进后的方法对阵列相位误差表现出良好的稳健性。（6）根据上述理论研究，展开实验验证，实验结果表明本文所提出的声源定位方法有效。