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超宽带（Ultra Wideband，UWB）是一种以纳秒级甚至亚纳秒级脉冲传输信息的无线通信技术，极高的时间分辨能力，使得基于信号到达时间（Time OfArrival，TOA）估计的超宽带定位可达到厘米级甚至毫米级的定位精度。此外，如果能够获得信号的波达方向（Direction OfArrival，DOA），这将有助于超宽带信号的精确定位。因此，对超宽带系统中的TOA和DOA参数估计展开研究具有理论意义和应用价值。本文的主要工作如下：（1）提出了超宽带系统中基于旋转不变传播算子（Propogator Method，PM）的TOA和DOA联合估计算法。该算法充分利用传播算子的旋转不变性直接获得TOA估计值，然后通过时延差估计出DOA参数。该算法避免了传统PM算法中复杂的谱峰搜索，复杂度大大降低，并实现了估计参数的自动配对。（2）提出了超宽带系统中基于级联PM的TOA和DOA联合估计算法。该算法先利用传播算子的旋转不变性获得TOA初始估计值，然后将二维传播算子（two-dimensional PropagatorMethod，2D-PM）算法中全局的二维谱峰搜索化简为两个局部的一维谱峰搜索，从而获取更加精确的TOA估计值，最后通过时延差估计出DOA参数。该算法不仅复杂度远远低于2D-PM算法，而且其参数估计性能非常接近2D-PM算法，同时还具备参数自动配对的优点。（3）提出了超宽带系统中基于求根多重信号分类（MUltiple SIgnal Classification，MUSIC）的TOA和DOA联合估计算法。该算法将二维多重信号分类（two-dimensional MUltiple SIgnalClassification，2D-MUSIC）算法中的二维谱峰搜索化成两个一维的求根MUSIC，给出了TOA估计的闭式解，同时解决了TOA配对问题，最后通过时延差估计出DOA参数。该算法不仅复杂度远远低于2D-MUSIC算法，而且参数估计性能非常接近2D-MUSIC算法。（4）提出了超宽带系统中基于级联MUSIC的TOA和DOA联合估计算法。该算法先通过求根MUSIC算法获取第一根天线的TOA初始估计值，然后通过两个级联的局部一维搜索估计出两根天线精确的TOA，最后通过两根天线的时延差估计出DOA参数。该算法不仅复杂度远远低于2D-MUSIC算法，而且其参数估计性能非常接近2D-MUSIC算法，同时还具备参数自动配对的优点。（5）提出了超宽带系统中基于稀疏表示的TOA和DOA联合估计算法。该算法在稀疏表示框架下，采用l0范数作为稀疏约束条件，并利用经典的正交匹配追踪（Orthogonal MatchingPusuit，OMP）算法获取TOA估计值，之后又给出了TOA配对方法，DOA参数通过时延差得到。该算法最大的优点是在单快拍情况下能够获得较好的参数估计性能。