阵列信号处理是现代信号处理中一个重要的组成部分，其应用在通信、雷达、射电天文、以及声纳等多种领域均有涉及。它是用一组按一定方式排列的天线阵元对空间传播信号进行采样，再由天线阵列的采样数据来尽可能地利用、提取和恢复空间信号的有用信息，并且能够抑制噪声和干扰的一种信号处理方法。DOA估计是阵列信号处理领域中一个重要的分支，也称为空间谱估计，在过去的三十年内该技术得到了广泛的发展。本文的主要内容是通过预处理手段或者在传统的诸如MUSIC、ESPRIT等算法的基础上，通过改进的算法解决更加具体的DOA估计问题。全文所做的工作可以概括如下：本文首先介绍了课题的研究背景、意义以及该领域的发展与现状，给出了窄带阵列接收信号的基本模型，解释了信号的相关性并且建立了多径传播下混合信号的接收模型。然后，作为论文中心内容的基础知识，本文分别对不相关信号及相干信号的常规DOA估计算法进行了介绍。接着，在快速估计相干信号波达方向，等距线阵配合辅助阵元估计二维波达方向，对混合信号分离以减少阵列孔径的波达方向估计等问题上，本文给出了预处理及针对性的改进算法，并对这几种算法进行了详尽的理论分析及仿真实验。另外，在阵列信号处理的另一个重要部分――自适应波束形成技术方面，本文给出了一种稳健的波束形成算法，并通过仿真实验验证了该算法的有效性且测试了其性能。最后，总结了全文所做的工作并且明确了今后的工作研究方向。