波达方向(DOA)估计是信号处理领域的研究热点之一,这一技术应用广泛,在通信、雷达等领域发挥着越来越重要的作用。在过去的几十年里人们不断提出了一系列高效的DOA估计算法。近几年来,随着压缩感知理论的不断成熟和广泛应用,基于稀疏重构技术的DOA估计算法受到更多的关注和研究。使用均匀线阵估计信号的波达方向时,阵列的自由度直接受限于阵元个数,采用空间平滑技术处理相关/相干信号则会进一步导致阵列孔径变小、分辨率降低以及自由度损失。由于非均匀阵列能够获得更大的阵列孔径和更高的自由度,并且阵元的摆放位置也具有更大的灵活性,所以研究非均匀阵列的设计和相应的DOA估计算法具有很好的实际意义和应用价值。本文以使用非均匀阵列估计远场窄带信号的波达方向为研究目标,主要研究如何设计非均匀阵列以提高阵列的自由度,并根据非均匀阵列的特点设计相应的DOA估计算法,对互质阵列、嵌套阵列以及部分均匀阵列等方法进行了研究和仿真分析。针对相关/相干信号的DOA估计,提出了两种基于稀疏重构技术的DOA估计方法。本论文的主要贡献和创新点是:1.针对使用非均匀阵列估计相关/相干信号的波达方向问题,提出了一种稀疏重构辅助的相关信号DOA估计方法。该方法主要利用稀疏重构技术对信号的波达方向进行初始估计并确定内插映射空域,相比于已有的估计方法,本方法具有更高的估计精度。2.为了达到既能提高阵列的自由度又能估计相关/相干信号的目的,提出了一种基于协方差的低维度迭代稀疏重构算法。与传统的子空间方法相比,该方法能够获得更大的阵列孔径和更高的自由度,而且该方法比已有的稀疏协方差算法的计算复杂度更小。