波达角估计（Direction of Arrival,DOA）技术常见于雷达搜索、声纳探测等领域,广泛应用于无线通信工程场景。针对非相干信号,典型的DOA算法有:波束形成类估计算法、子空间类估计算法。波束形成类算法所能计算的角度分辨率较低,子空间类方法也受奈奎斯特采样定理所限制,且对于低信噪比环境估计精度较差。对于相干信号DOA估计,针对独立信号的传统估计方法失效,需要对相干信号先进行解相干预处理。常用的预处理方法有:空间平滑类算法以及重构类算法等。但是这种预处理总伴随着阵列孔径的损失。除此之外,拟合类算法可以在不损失阵列孔径的条件下完成解相干估计,但该类算法初值的设定对于算法估计精度影响较大,且抗干扰性能较差。由此引入可以实现阵列孔径拓展的互质阵列,基于互质阵列的DOA估计算法对比同等阵元数目的均匀线性阵列拥有更低的阵列架置成本,且在低信噪比环境下性能更佳。论文在分析了经典DOA估计方法的基础上,提出两种基于互质阵列非相干信号以及相干信号的DOA估计方案,并对所提方案进行了对照实验,从而证明了互质阵列具有拓展阵列孔径的独特优势,主要工作包括:一、分析传统阵列信号模型以及互质阵列信号模型的相似性,参照这种相似性,从互质采样可以突破奈奎斯特采样定理限制引申至互质阵列的虚拟域信号处理,验证互质阵列虚拟域阵列拓展的优秀性能。二、当入射信号为非相干信号时,对波束形成类算法、子空间类算法、互质阵列解模糊算法、基于二元互质阵列的虚拟域拓展类算法进行分析,证明三元互质阵列拥有比同阵元数二元互质阵列更大的虚拟域。为最大化利用互质阵列虚拟域,提出一种基于三元互质阵列虚拟域拓展的算法,该算法首先将三元互质阵列协方差矩阵中具有相同波程差的协方差元素加权平均重构为Toeplitz矩阵,然后将该Toeplitz矩阵在虚拟域最大连续阵列分割成相互重叠的虚拟子阵,将各个子阵的协方差矩阵加权平均以增强信号,再使用子空间类算法对重构的平滑协方差矩阵进行DOA估计。对所提算法进行对照仿真实验,仿真结果表明:相较于传统算法,所提算法不仅可以以同数目阵元完成更多DOA估计,且在低信噪比环境下具有较高的估计精度。三、当入射信号为相干信号时,对空间平滑类、拟合类、重构类预处理算法做仿真分析。针对传统解相干预处理算法阵列孔径损失严重以及低信噪比环境下估计性能较差等问题,提出一种基于互质阵虚拟阵列前向Toeplitz重构的DOA估计方法。该算法首先对互质阵列虚拟阵列内插天线零元以拓展阵列孔径;然后重构协方差矩阵为Toeplitz矩阵,增强信号鲁棒性;再对重构阵列进行前后向空间平滑处理,消除信号相干性;最后设计代价函数将角度参数求解转化为凸优化问题,通过谱峰搜索得到DOA估计。对所提算法进行对照仿真实验,仿真结果表明:与传统解相干算法相比,所提算法不损耗阵列孔径、抗干扰能力较强,且无需信源数先验信息。