空间信号的波达方向(Direction of Arrival,DOA)是阵列信号处理中的一个重要概念,包括方位角和俯仰角。精确估计信号的波达方向在一些领域诸如雷达、声呐及通信系统中十分重要,但是当信号相干时,一些基于子空间的超分辨算法将会失效。由于实际环境中信号的多径传播普遍存在,因此阵列信号处理中的一个研究热点就是如何准确的估计出因多径传播产生的相干信号的波达方向。本文的主要工作是对多径环境下的波达方向估计方法进行研究,主要内容可以概括如下:第一,给出了多径信号存在时,时域和频域的阵列接收信号模型,分析了两条多径信号之间的相关性,并介绍了空间平滑算法。第二,研究了多径环境下基于常规阵列的DOA估计方法。首先研究了根据阵列的中心对称结构估计相干信号DOA的方法,并针对圆阵的情况,分析了基于阵列中心对称结构的解相干算法的适用条件。然后研究了使用斜投影算子进行空间差分来分步估计独立信号和相干信号的DOA的方法,其中根据差分后的数据矩阵构造虚拟阵列流形,可以分组估计出相干信号的DOA。最后,针对通道幅相误差校正中辅助信源发出的信号存在多径传播的情况,研究了一种在幅相误差存在条件下对多径干扰信号进行DOA估计的方法。第三,研究了多径环境下基于四维阵列的DOA估计方法。首先介绍了四维阵列的工作原理以及基于四维阵列的DOA估计方法。然后研究了基于信号子空间拟合,能够处理相干信号的DOA估计方法,使用修正的高斯牛顿法对非线性多维最优化问题进行求解。最后,根据单向相位中心运动时间调制四维阵列的阵列结构和调制时序,给出了适用于单频信号的空时信号模型,对于窄带信号,该模型需要信号在四维阵列的一个完整采样周期内强相关;对阵列在不同时间段内的采样数据进行时间平滑来去相关,然后应用MUSIC算法即可估计出相干信号的DOA。