波达方向估计是阵列信号处理中最主要的研究方向之一,在通信、地震、雷达、勘探、以及生物医学等军事及国民经济领域有着广泛的应用。经典的DOA估方法大多是基于均匀线性阵列,这样传统的估计算法所能估计的信号源数受到阵元数目的限制,同时为了避免角度模糊,必须要求阵元的间距不大于信号的半波长,导致均匀线阵的阵列孔径受限。近年来,以互质阵列为代表的非均匀阵列作为一种特殊的稀疏阵列,其阵元间距可以不受半波长的限制,并且其质数特性与虚拟域统计信号处理的结合应用,可以扩展出大于物理阵元数目的虚拟阵元,大大提高了阵列的有效孔径和自由度。因此,研究虚拟阵列的拓展方法以及阵列结构的优化,对实现高分辨的DOA估计方法有重要的意义。本文基于互质阵列,围绕着阵列结构的优化以及对应的虚拟拓展的方法提出相应的改进措施,主要研究内容如下:1,首先介绍了均匀线性阵列的接收信号模型,对基于均匀线阵的子空间算法和稀疏重构算法进行了仿真实验,比较了基于均匀线阵下两种算法的DOA估计性能。2,其次重点的介绍了互质阵列的接收信号模型以及互质阵列虚拟拓展的基本原理,并分析了基于互质阵列的MUSIC算法和稀疏重构算法的特点,对基于互质阵列和基于均匀阵列的DOA估计算法进行了仿真实验,比较了两种阵列结构下信源数目的估计能力和DOA估计的准确度3,介绍了平行互质阵列的接收信号模型,分析了基于平行互质阵列共轭空时拓展的DOA估计算法特点,提出了两种改进的基于共轭空时拓展的DOA估计方法,两种改进方法通过分别额外增加一个或两个特定的物理阵元,利用共轭空时增广的思想,实现进一步对空时虚拟阵列的拓展,得到对称的平行互质阵列,使得最后等效的求差求和虚拟阵列具有比原方法更多的虚拟阵元数和自由度。最后比较了提出的两种方法与现有方法经过共轭空时拓展后所等效的虚拟阵元数量,并通过实验仿真验证两种改进方法具有更高的估计精度和分辨力。