近年来,随着5G通信、无人机、传感器技术的迅速发展,阵列信号处理作为信号处理领域的一个重要分支,在军事和民用领域都受到了广泛的关注和研究。其中,波达方向(DOA)估计在阵列信号处理中扮演着重要角色,已成为阵列信号处理研究方向的热点。传统均匀线阵的DOA估计算法由于受到物理阵元的限制,可以估计信源个数需要小于阵元个数,这会增加实际应用中的成本。互质阵列作为稀疏阵列的一种,由于能够在相同的物理阵元下获得更大的阵列孔径和更高的自由度,并能够处理在欠定情况下信源估计,显著提高DOA估计性能。因此,针对互质阵列及其相关算法的研究,对于提升阵列信号处理技术在实际工程中的应用,具有重要的研究意义和实用价值。本文主要研究了基于互质阵列下的一维和二维DOA估计算法。同时结合实际需求,设计了一款无线电被动监测软件。论文的主要工作如下:1.针对传统互质阵列一维DOA估计算法性能差、复杂度高的问题,提出基于Toeplitz矩阵重构的旋转不变子空间(ESPRT)和传播算子(PM)互质阵列DOA估计算法。首先利用互质阵列的特性,形成扩展虚拟均匀线阵,然后采用Toeplitz矩阵重构形成新的DOA估计矩阵,最后在该估计矩阵下推导相应的ESPRIT和PM算法。仿真实验结果证明两种算法均能有效提升阵列的自由度,并且相对于传统互质阵列DOA估计算法,估计性能得到了提高。2.针对传统平行互质阵列二维DOA估计算法计算复杂度高、精度低的问题,首先对传统平行互质阵列二维算法进行改进,大幅度地降低算法的复杂度。接着提出一种新的双平行互质阵列低复杂度二维DOA估计算法。该算法利用两个相互平行的互质线阵扩展生成虚拟阵列,并通过自协方差矩阵和互协方差矩阵构造新的DOA估计矩阵,在新DOA估计矩阵上通过奇异值分解(SVD)和ESPRIT方法获得自动匹配的二维角度估计。仿真实验证明该算法在有效增加阵列自由度的同时,提升了算法性能,并且降低了复杂度。3.为了促进DOA估计算法的工程化应用,论文结合实验室开发的硬件系统,设计了一款无线电被动监测软件。该软件具有简易的操作和数据可视化界面,实现了对无线电的频率检测、调制方式识别和测向功能。同时也为之后对信号的深入研究和相关算法功能扩展提供了平台。