近年来随着雷达、声呐等领域对信号定位精度要求的提高,到达角（Directionof Arrivals,DOA）估计精度的提升方法越来越多,对非均匀阵列的应用也越来越广泛。为了提升非均匀阵列的定位精度,首先本文提出了基于空域信息及阵元位置差集生成虚拟阵元的改进非均匀阵列,然后提出了一种基于时空联合信息生成虚拟阵元的改进和差非均匀阵列,并在和差互质阵的基础上,提出了一种基于阵列运动的一维空洞填充算法,以及利用虚拟阵列插值进行Toeplitz矩阵重构的二维DOA估计算法。最后在有色噪声下,研究基于改进非均匀双基地MIMO雷达阵列的定位算法。本文具体工作如下所述:（1）基于嵌套阵排布及虚拟阵列生成规律提出了改进的非均匀阵列。在利用两个子阵生成改进阵列时,通过增大子阵2的相邻阵元间距,并去除冗余阵元,使合成阵列拥有更大孔径。通过对子阵2的部分阵元位置进行移位处理,进一步增加了连续虚拟阵元总数。针对所提的改进非均匀阵列,推导了最大自由度表达式以及最优阵元排布方式。本文改进阵列可根据环境限制灵活调整阵元位置,并且提高了信源分辨精度。（2）基于VCAM算法,提出了一种新的改进和差非均匀阵列以及一种基于移动和差互质阵列空洞填充的DOA估计方法。为了增加连续虚拟阵列长度,通过调整改进阵列的部分阵元位置,生成了一种能够同时利用阵元位置和集与差集元素的改进和差非均匀阵列。为了降低耦合作用影响,本文提出一种基于移动和差互质阵列空洞填充的DOA估计方法。此方法基于时间和空间信息,通过生成物理阵元位置和集元素的对应虚拟数据来填充空洞,并用运动前后的阵列接收数据构造自协方差矩阵与互协方差矩阵,利用此过程额外产生的虚拟阵元进一步增加可利用的虚拟阵元总数,在重构满秩矩阵后利用酉变换方法降低算法计算量,还削弱了噪声对分辨精度的影响,实现了低信噪比下的高精度定位。（3）基于虚拟阵列插值提出了一种改进的基于二维L型和差互质阵的定位算法。在实际的工程中,为了进行精准地定位,需利用二维DOA估计同时得到入射源的俯仰角和方位角,因此将和差互质阵列应用于L型阵列的x轴和z轴子阵,进一步扩展了虚拟阵列长度,用插值法对虚拟阵列中的空洞位置进行填充,通过凸优化算法重构满秩Toeplitz矩阵后精确估计入射信源的俯仰角和方位角。仿真结果验证了提出的和差互质阵下基于虚拟阵列插值的二维DOA估计算法实现了期望精度。（4）提出了空间色噪声下基于非均匀双基地MIMO雷达阵列的定位算法。针对色噪声下均匀线阵分辨精度低的问题,首先利用本文的改进非均匀阵列扩充了 MIMO雷达系统收发阵列的孔径,然后用不同时间匹配滤波输出信息构造互相关矩阵消除了空间色噪声,将互相关矩阵分块后构造索引集得到无冗余虚拟阵列输出数据矩阵,用选择矩阵基于空间平滑思想重建了满秩Toeplitz矩阵,并利用辅助算子得到信号子空间,避免了特征分解带来的计算量,最后用降维方法对DOD和DOA进行联合估计。仿真结果证明文中算法具备欠定估计能力,并且实现了高分辨估计。