波达方向估计是阵列信号处理中的一个重要研究方向,但现有的算法大多基于多通道系统,每个阵元后都需要相应的采样电路和模数转换电路(即“通道”),这在一些小型化或低成本的系统中会增加硬件规模,也为射频电路的设计带来困难。使用传感器阵列单通道接收系统是解决该问题的一种方案,它以牺牲一部分性能为代价,降低了系统硬件复杂度。在单通道系统中,由幅相因子组成的权矢量在前端对信号进行加权求和,将求和后的数据传入后端电路,这样射频系统只需要一路采样和数模转换电路即可,而且减小了由于通道的不一致性导致的幅相误差问题。近年来,稀疏恢复和压缩感知理论不断完善,为解决波达方向估计问题开辟了新的路径,弥补了传统方法的许多缺点。但目前基于稀疏恢复理论的单通道系统测向算法尚不完善,本文在现有成果的基础上,对该问题进行了进一步研究,主要工作如下：1.对于窄带信号,我们从相关域出发,构建了适用于单通道系统的阵列协方差矩阵列向量的稀疏模型,并推导了模型误差的概率分布,从而将波达方向估计转化为误差约束下矩阵l1.2混合范数最小化的问题,并使用现有的凸优化工具包进行求解。随后,我们结合波束形成原理和压缩感知理论,研究了权矢量的选取,使权矢量形成主副瓣比适中的波束,并均匀覆盖整个方向空间,得到了稳定的估计结果。实验表明所提算法相比其他单通道算法,具有更低的信噪比门限,且同时适用于非相干信号和相干信号。2.对于信号频率未知的情况,我们针对慢衰落信道,提出一种单通道系统角度-频率联合估计算法。首先从数据域出发,对于波束主瓣范围内的信号,构建了单个权矢量下的角度-频率二维稀疏模型,得到一个便于求解的LASSO问题。随后对于任意方向的信号,通过多个权矢量形成多个覆盖全空间的波束,分别处理对应主瓣范围内的信号,最终通过重构误差判断信号的真实性,进行结果的融合。3.研究了宽带信号的单通道波达方向估计问题。在所提的窄带信号波达方向估计算法的基础上,分别使用ISSM方法和CSSM方法进行分频处理。仿真实验表明,CSSM方法更好地利用了子频带之间的联合信息,尤其是在小快拍和低信噪比的情况下,具有更好的估计性能。