近年来,无线电定位技术广泛应用于通信、雷达、导航以及目标监测等领域,在生产生活和军事应用中都发挥着越来越重要的作用。传统两步法是先估计相关的中间参数,再利用相关参数来确定目标位置,忽略了接收信号之间的相关性,因此两步法一般不能获得最优估计精度。最近,直接从原始接收信号中获取目标位置,无需估量定位中间观测参数的直接定位技术(Direct Position Determination,DPD)引起了海内外研究者的兴趣。DPD技术可以避免两步法定位中信息损失等问题,直接利用信号级的接收数据确定出目标位置。在短时长、低信噪比、多目标的情况下,直接定位法和两步法相比,具有估计精度更高、无需数据关联和信号分选等优点。本文针对辐射源定位和外辐射源定位场景,研究了单站直接定位信号模型、单站直接定位方法及其快速算法,主要内容包括:1.研究了辐射源的运动单站直接定位,推导了对应的理论性能界和定位精度几何分布(Geometric Dilution of Precision,GDOP),验证了在低信噪比、小样本点时,直接法相较于两步法定位性能的优越性。2.扩展了直接定位的应用场景,给出了基于单个外辐射源的运动单站直接定位方法,丰富了无源定位领域的研究内容,而且也为基于外辐射源的直接定位技术工程应用奠定了理论基础。3.针对接收信号的多维观测信息,给出了基于单个外辐射源的运动单站直接定位统一信号模型、理论性能界和定位算法,并在相同条件下,验证了利用信息越丰富的直接定位算法精度更高,定位盲区范围更小。4.针对DPD算法计算复杂度高、难以实时实现的问题,在粒子群直接定位快速算法和高斯牛顿迭代直接定位快速算法的基础上,提出了联合粒子群和高斯牛顿优化的直接定位快速算法。粒子群直接定位快速算法可得到一个在主峰范围内的靠近真实目标位置的初始值,可用于保证高斯牛顿局部迭代算法的全局收敛性和直接定位精度,不但解决了现有迭代类直接定位快速算法需要高精度初始值的问题,而且大幅度降低了直接定位的计算复杂度。本文通过仿真实验,验证了上述直接定位算法的优越性,并证实了联合粒子群和高斯牛顿优化的直接定位快速算法的有效性。