本发明公开了一种大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法，包括步骤：建立相控阵天线分层设计模型，每个不规则子阵形成一个模块面板；构造模块面板的候选矩阵；基于最小控制节点数与扫描角度覆盖的关系确定控制单元数量；对不同扫描角度下的目标图案进行采样；基于目标图案采样值确定初始点向量；基于初始点向量通过凸松弛方法获取阵列配置模型；通过自适应协方差矩阵进化策略求解模块面板相位中心，进行一级子阵面板的平铺。在原有方法的基础上对模块面板的相位中心进行稀布，不仅实现了天线单元的有效节省，降低了制造成本，且使得大规模阵列的天线性能进一步提高，能够实现宽角扫描，在实际应用中具有重大意义。