为了对空域目标的方位角和俯仰角进行有效估计, 提出一种基于稀疏表示的双平行线阵二维 DOA估计方法。首先需构建包含目标方位角和俯仰角信息的 2个空间复合角; 然后利用稀疏表示技术求解其中的一个空间复合角, 以此作为前提条件, 另一个空间复合角就可以解耦为一维波达方向(DOA)估计问题, 利用矩阵运算可以求解出来; 最后根据已求解的 2个空间复合角对方位角和俯仰角进行配对求解。与现有算法相比较, 所提方法受快拍数的影响较小, 在信噪比较高、角度间隔较大的情况下, 具有良好的性能。

基于麦克风阵列的波达方向估计在野外传感网络的理论研究和工程实践领域有着重要的战略意义，多通道麦克风阵列在进行声源定向时往往因为各个通道存在幅度和相位的不一致而产生定向误差。针对这一问题，提出了一种自适应的麦克风阵列通道不一致校正方法。该方法基于子空间分解原理构造了信号谱空间的目标代价函数，结合模拟退火算法模型，通过对代价函数最小化的方法，求得阵列的校正矩阵。通过计算机使用上述方法对8元麦克风阵列进行仿真模拟，并采用4元麦克风阵列进行实际测试，仿真及实际测试结果验证了该校正方法的可行性。

针对窄带信号模型下的均匀线性阵列测向, 提出一种基于空间频率估计的高效快速测向方法, 介绍了该方法的测向原理, 研究了空间采样率与无模糊入射角估计范围之间的关系, 分析了影响测向误差的因素。基于该方法对一种阵列构型下的信号入射角进行了仿真估计。结果表明, 利用所提方法可以在采用均匀阵列模型的情况下达到较高的测向精度。

计算复杂度和估计精确度一直是波达方向(DOA)估计研究的重点。现有基于压缩感知的DOA估计算法与传统算法相比具有一定优势，但这些稀疏信号重建模型都是将角度空间等间距划分，仍存在算法计算复杂度较高和估计精确度较低的问题。针对这些问题，提出一种对角度空间网格进行部分细化的DOA估计方法。该方法包括裂变过程和学习过程，裂变过程通过产生新网格点对角度空间进行细化，学习过程通过迭代不断逼近波达方向。仿真结果表明，提出的算法耗时较少，而且在非常稀疏的初始网格划分的条件下(初始间隔为20°)，仍可以获得较高的估计精确度。

稀疏恢复算法进行DOA估计时需要在角度空间进行网格化量化处理。针对该量化过程会引入的量化误差从而影响估计性能的问题, 本文通过导向矢量的一阶泰勒展开式将量化误差引入阵列输出的二阶矩模型。基于该模型设计了一种使用噪声子空间矢量进行修正的OMP算法对DOA和量化误差进行联合估计。新算法基于阵列协方差矩阵对于快拍数的依赖稍显敏感但是弥补了贪婪算法对DOA分辨力的不足并且不需要预知信源个数, 同时计算量对比现有的基于lp范数约束的凸优化方法大大降低。仿真实验验证了所提算法的有效性。

针对室内非法信号源定位应用的特点, 提出一种基于到达方向 (DOA)估计的无源定位方法。采用具有解相干能力的基于特征空间的到达角 (ES-DOA)估计算法估计来波到达角度空间谱和对应的信号功率; 采用一种新的直达路径集成搜寻算法判断信号的直达路径方向, 并通过交叉测量法估计非法信号源的位置。仿真实验表明, ES-DOA算法在处理相干阵列信号时, 具有高分辨力和较强的抗噪声能力, 提出的直达路径识别算法能够在不同室内环境中准确识别信号的直达路径方向, 具有较强的鲁棒性。研究证明, 该定位方法具有较强的系统可实现性, 既能单站定位, 又可多站协同工作, 部署方便, 使用灵活, 是一种有效的室内非法信号源定位解决方案。

通过研究声矢量传感器阵列中高效的运动目标到达角 (DOA)跟踪算法，提出一种声矢量传感器阵列中基于紧缩投影近似子空间跟踪 (PASTd)的 DOA跟踪方法。该方法利用 PASTd算法进行声矢量传感器任意阵的 DOA跟踪，其快速收敛的特点可以降低运算复杂度。同时，其角度跟踪的均方根误差 (RMSE)性能优于常用的 PAST算法。仿真结果验证了该算法的有效性。

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题, 研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号, 然后利用信号的自相关特性, 将接收信号与副本信号进行互相关运算, 最后通过相关函数的峰值检索, 得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例, 验证了该方法的正确性和有效性。此外, 采用多重信号分类算法, 由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵, 并对其进行特征值分解, 然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性, 实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明, 相比于传统的平面波谱方法, 该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法, 并结合数字地图, 在典型的海陆环境中进行了仿真实验, 分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。

针对常规均匀线阵DOA估计中可估计信源数目不足的问题, 提出了一种基于虚拟孔径扩展的非均匀稀疏阵DOA估计算法。该算法首先对非均匀稀疏阵接收信号协方差矩阵进行向量化处理, 通过Khatri-Rao积运算得到新的协方差矩阵; 然后利用任意阵列下的空间平滑算法恢复新协方差矩阵的秩;最后通过对新协方差矩阵进行特征值分解实现DOA估计。与传统MUSIC算法相比, 该算法可以在阵元数目小于信源数目的条件下实现DOA估计, 大大增加了可估计信源数目, 同时在低信噪比、小快拍条件下仍能得到DOA估计结果。仿真结果证明了算法的有效性。

针对当前各种高轨飞行器对导航需求日益增强的情况, 提出一种导航星座对高轨特定目标飞行器进行导航的方法。该方法需要在导航星座卫星配备全数字相控阵天线与指向可调的高增益导航天线。相控阵天线接收目标飞行器发射的用于波达方向( DOA)估计的信号, 并对该信号的DOA进行估计, 使距飞行器较近的多个导航星座卫星估计得到飞行器相对于自身的相对方向。以该方向为基础, 导航卫星可以调节自身的高增益导航天线并使其指向特定目标飞行器, 发送导航电文信息, 从而使导航星座自主实现对高轨目标飞行器的导航任务。假定导航卫星相控阵天线装配于卫星对天面上, 以此为基础对同步轨道的目标飞行器同导航星座各卫星相控阵天线的可见性进行了仿真分析, 并在目标可见的基础上对二维 DOA估计精确度进行了计算, 验证了方法的可行性。