无线通信技术在人们生活中扮演越来越重要的角色，但是由于无线信道的开放性，通信信号很容易被窃取利用，无线通信安全仍然存在很大的隐患。特别是在军事卫星通信和航天测控等关系国家安全的领域，保证无线通信信号传输的安全显得极为重要。为了保证数据传输的安全，上层加密算法被广泛用于无线通信中。然而，由于技术的进步和计算能力的爆炸式增长，这些加密算法也不是绝对保密的。近年来，无线物理层安全技术得到越来越多的重视。方向调制就是其中一种非常有前景的物理层安全技术。它能够在期望方向或者期望位置综合形成标准的信号星座，在其他非期望方向或者非期望位置形成扰乱的信号星座。本文着眼于我国航天测控和卫星通信安全，从实际需求出发，基于方向调制研究与指定方向上或者指定位置上合作用户的安全通信，重点研究方向调制信号的综合方法和生成结构，具有一定的研究意义和实际应用价值。
　　首先，本文梳理总结了多种传统的基于射频端的方向调制生成方案，分析它们各自的特点，随后指出了基于相控阵数字结构的方向调制的优点。同时，文章介绍了天线阵列辐射方向图、误比特率以及安全容量这三种方向调制常用的性能评价标准，指出了各自的特点。
　　其次，本文提出了基于迫零准则人工噪声辅助的低复杂度方向调制综合方法。传统基于遗传算法方向调制综合方法需要反复迭代，综合效率低下。正交矢量以及最大信漏噪比准则的人工噪声辅助方向调制综合方法信号综合时计算复杂度较大。以基于相控阵数字结构的方向调制为例，在期望方向数目远小于天线数的情况下，所提基于迫零准则人工噪声辅助综合方法信号综合复杂度远远小于前两者，综合起来更有效率，性能损失较小，适用于动态方向调制。
　　再次，本文提出了一种基于随机多载波正交频控阵的虚拟方向调制技术。该技术结合利用随机频控阵和多载波频控阵的特点，并且要求发射阵列的子载波相互正交。接收端利用子载波的正交性来消除频控阵波束时移性带来的影响。该技术能够在期望位置综合出标准的信号星座，在其他位置综合得到的是畸变的信号形式。虚拟方向调制信号具有距离-方向二维依赖性，避免了经典方向调制中窃听方在同一个方向不同距离处仍然能够截获有用信号的缺点，大大扩展了方向调制的范畴。
　　最后，本文提出了一种扩频辅助的虚拟方向调制技术。该技术结合虚拟方向调制与频域扩频技术，能够进一步提高方向调制在实际应用时的安全性。文中给出了一种通用系统结构，能够用于点对多点通信场景，利用基于迫零准则人工噪声辅助方法综合时它的计算复杂度与载波数的平方成正比。同时还提出了另一种简化的发射机结构，信号综合时它的计算复杂度与天线数的平方成正比，复杂度相比通用结构大大降低，但是它只适用于固定距离的点对单点安全通信场景。扩频辅助是对虚拟方向调制在实际安全通信应用中的一种加强。相比之前的虚拟方向调制方案，它被截获破译的条件更加苛刻。