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DOA估计作为阵列信号处理技术的基本任务之一，广泛应用于雷达、通信、声纳及地震探测等领域。球面共形阵列天线以其独特的结构特征能在测向系统中提供完整的方位角和俯仰角信息，基于球面共形天线阵的DOA估计研究结合了微波技术和信号处理知识，极具挑战力和实用价值，本文对基于球面共形阵列天线的DOA估计展开了研究分析，主要内容及贡献如下： (1)提出了一种基于K-means算法的动态子阵划分技术。将子阵划分方案应用在球面共形阵的DOA估计中，可消除球面载体遮挡效应在此过程中造成的影响。考虑到位于空中平台的球面载体会由于风力或者其他外来因素的干扰发生转动，提出了基于K-means算法的动态子阵划分技术，该技术根据球面载体的外形特性，将其覆盖空域划分为K部分，然后应用K-means算法依据球面载体的转动特点将其阵元实时分配到合适的子阵中。提出的动态子阵划分技术有效解决了球面阵在DOA估计中会发生转动的问题。 (2)在信源数未知条件下，分析比较了基于球面阵MUSIC类算法DOA估计的性能。详细分析了信源个数对球面共形阵MUSIC算法的影响，将三种最为常见的未知信源MUSIC类算法分别应用于球面共形阵列天线，对它们在球面阵上的测向效果和估计性能进行了对比，经过理论和仿真分析发现在球面共形阵列天线的测向工作中，集合了MUSIC算法与CAPON算法两者优点的C-MUSIC算法表现出来的性能最优。 (3)提出了一种高性能的未知信源数CV-MUSIC算法。将性能更优的V-MUSIC算法用于球面共形阵列天线的DOA估计，使经典MUSIC算法在没有增加阵元的情况下，原先的M元天线阵达到Mv=M(M+3)/2元天线阵的测量效果。针对V-MUSIC算法同样依赖准确的信源数预知这一特点，将C-MUSIC算法未知信源的思想引入V-MUSIC算法，提出空间球面阵CV-MUSIC算法，这种方法可以在未知信源的条件下准确估计出空间入射信号的来波方向，并且无需特征值分解。