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科学技术的发展日新月异,以信息技术为代表的前沿科学领域已经逐渐融入人们生活。阵列信号处理不管是在军事领域还是民用领域都有着非常重要的应用。非平稳类的宽带相干LFM信号波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计是阵列信号处理重要的研究方向之一。同时,为了适用工程应用中在不降低系统性能的同时,提高资源利用率、降低造价成本的要求,虚拟阵列技术应运而生,并得到了快速发展。将虚拟阵列技术应用到DOA估计中,成为当前该方向研究的热点。本文重点研究了虚拟阵列技术及其在DOA估计中的应用,同时对分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform, FRFT)域的宽带相干LFM信号角度估计问题也作了研究。主要工作如下：1.本文首先介绍了信号的基本模型,对宽带信号和窄带信号的定义做了简单的介绍,同时给出了典型的LFM信号表达式,并分析了其时域和频域的特性。接着对FRFT做了简要的介绍,然后通过仿真实验,对比了LFM信号FRFT和Wigner-Ville分布(WVD)的时频特征。2.研究了窄带信号模型下的MUSIC算法和相干信号估计算法—FBSS算法。然后又给出了FRF域的FBSS算法,该方法可以用来估计宽带相干LFM信号,因为算法本身固有的特点,估计精度不高。针对该问题,采用矩阵数据重构的思想,通过在FRF域分别构造数据协方差矩阵行和列的Toeplitz矩阵,然后将它们求和平均,仿真结果表明,改进的方法估计精度较高,且对于多个小角度差的入射信号具有很好的分辨力。3.针对上述方法损失阵列孔径的问题,引入了虚拟阵列技术(Virtual Array Technology, VAT),并对其中几种常见的方法分别作了阐述和研究。重点研究了虚拟阵列平移方法,该方法不损失阵列孔径,但是在低信噪比、小角度差的情况下,效果不理想。针对该问题,给出了一种前后向虚拟阵列平移方法,仿真实验表明,改进后的方法具有良好的估计效果。最后,文章将改进后的方法推广到FRF域的宽带相干LFM信号DOA估计中,从而丰富了虚拟阵列技术的应用范围。