波达方向（Direction-of-arrival,DOA）估计是阵列信号处理中的一个重要研究内容,在通信、导航、雷达和声呐等各类民用和军用领域有着广泛而深入的应用。DOA估计技术经过几十年的发展,学者们已经提出了大量DOA估计算法,其中大部分传统算法都假设信号是随机过程或未知的确定过程,仅利用了信号的空域二阶特征信息,而没有考虑其他可能存在的时域先验信息。实际上,在无线通信、主动雷达和主动声呐等系统中,已知某些关于信号的时域先验信息,例如信号波形、循环平稳特性、非圆信号和恒模信号等。已有研究表明,利用这些先验信息,可以提高DOA估计精度、降低运算量以及抑制干扰和噪声。因此,研究利用这些先验信息的DOA估计算法具有极其重要的价值和意义。本文主要针对利用已知信号波形的DOA估计方法展开研究,重点研究了非相干和相干信号的DOA估计算法,分析了已知信号波形的DOA估计的克拉美劳界（Cramér-Rao Bound,CRB）特性,并结合实际需求,考虑了各类算法从线阵到立体阵的扩展问题。本文的主要研究工作和贡献包括:1.针对非相干信号,提出了基于干涉仪的已知信号波形DOA估计算法,该算法利用基线相位差估计通过闭式解获得DOA估计。同时,给出了已知信号波形的均匀线阵和均匀圆阵DOA估计的CRB,并在信源信号互不相关的情况下分析了它们的特性。所提算法适用于任意阵型,而且计算简便,无需谱峰搜索、特征值分解等复杂运算,在大部分条件下测向性能都能达到CRB。2.针对相干信号,提出了基于稀疏贝叶斯学习的已知信号波形DOA估计算法,该算法考虑到信号DOA具有空域稀疏性,将DOA估计问题转化为求解空域特征向量在过完备方向矩阵下稀疏复幅度向量的问题。所提算法适用于任意阵型,避免了传统基于空间平滑技术的解相干算法由于阵列孔径损失导致的测向性能下降,测向性能与最大似然算法基本一致,都可以达到CRB。3.总结归纳了在未知信号波形和已知信号波形两种情况下,线阵和立体阵DOA估计的CRB,其中,计算推导了已知信号波形立体阵二维DOA估计的CRB。在信号互不相关的情况下,定性分析了已知信号波形DOA估计的CRB具有的优良特性;在只有一个信号的情况下,对比了未知信号波形和已知信号波形的DOA估计的CRB,定量说明了已知信号波形对DOA估计性能的提升程度。