随着雷达、通信等电子设备的快速发展和广泛使用,空间电磁环境日益复杂,电磁信号呈现出典型的频域交叠、时域交错、空域交织特点。阵列信号处理技术具有同时多信号处理和空域邻近信号超分辨等多方面优势,近年来在学术界和工业界受到了持续关注。为了及时准确地掌握空间谱的动态变化信息,为电磁频谱管理、动态频谱接入等应用提供信息支持,有必要深入研究延迟时间短、处理效率高的阵列信号检测与测向方法,以满足实时和近实时的空间谱信息获取需要。特别是在星载、无人机载等计算资源严重受限的阵列平台上,减小阵列处理的计算量,并尽可能采取序贯处理的方式将计算负担分摊到整个采样时间内,对增强此类系统的实际可用性显得尤为重要。本文围绕阵列信号序贯检测与快速测向问题展开研究,力图从两个方面提高阵列处理的时效性。一是对阵列观测数据进行序贯处理,实现对空间谱动态的及时掌握,并尽可能提取各信号的方向信息;二是基于现有大多数阵列测向系统的组成结构,在获得信号采样数据之后,采用快速测向方法尽快给出信号波达方向估计结果。基于这两方面的考虑,论文研究了对阵列信号的序贯检测与测向方法,以及一维和二维方向的快速估计方法。信号检测与截获是阵列接收机获取有效采样数据和进行测向处理的前提。为了解决这一问题,论文首先在未知信号入射方向和到达时间的前提下,引入子空间追踪技术,提出了一种阵列信号序贯检测方法。与以往基于阵列观测协方差矩阵特征分解的信号检测与源个数估计方法不同,新方法中主要包含计算量小、并行性强的线性相关运算,避免了大计算量的矩阵分解运算,计算效率显著提高。新方法对顺序接收的观测数据逐个快拍进行处理,以时效性更强的方式积累信号能量,突破了协方差矩阵分解方法检测时延受限于观测数据积累时间窗宽度的限制。论文理论分析了序贯检测方法的检测概率、检测时延和对应的测向精度等技术指标,给出了该方法在观测噪声方差已知和多信号场景中的不同实现形式。基于信号检测之后采集的阵列观测数据,论文进一步研究了对阵列信号一维方向的快速估计问题,分多快拍和单快拍场景分别提出了相应的解决方法。在多快拍条件下,引入传播算子快速估计阵列观测数据的信号子空间,并据此建立关于各信号入射方向的低阶特征方程,该方程的阶数与入射信号个数相等,最后通过求解该低阶方程实现了对信号方向的估计。整个处理过程较好地回避了传统子空间测向方法中计算量较大的协方差矩阵分解和空域搜索步骤,代之以计算效率更高的低阶运算和数值解算,阵列测向过程的计算量显著减小。针对单快拍条件下的阵列测向问题,引入匹配追踪和迭代优化技术,首先得到两个同时入射信号的角度预估值,随后将该预估结果作为初始值进行迭代优化,得到了更高精度的测向结果。该部分研究为单快拍阵列测向这一难点问题提供了一种较为高效的解决方案。针对阵列信号的快速二维测向问题,论文基于广泛研究的L形阵列加以解决。首先将L形阵列在两个正交维度上分解为两个线性子阵,提出高效的一维测向方法估计入射信号在两个维度上的方向参数。随后着重研究了多个信号同时入射时两个维度方向参数的无模糊配对问题,分别提出了基于两子阵观测数据协方差矩阵的方位角-俯仰角配对方法,以及基于信号功率估计的配对方法。这两种方法在实际环境中可以组合运用,以得到最优效果。借助严格的计算量分析,证明了新方法相对于已有方法的计算效率优势。在阵列处理系统计算资源相对宽裕的情况下,论文最后提出了一种基于信号空域稀疏性的序贯检测与测向方法,发挥贝叶斯稀疏重构类方法在噪声抑制方面的性能优势,并对稀疏重构过程进行结构优化和数学简化,采用高效的序贯处理方式逐步提取观测数据中的信号信息,最终恢复出了动态变化的整个空间谱。重构空间谱中包含了任一时刻的信号个数与方向、各信号的起止时刻等完整信息,这是阵列信号处理领域和稀疏重构领域首次得到类似结果。该方法经适当修正后,可以较好地从窄带信号扩展至宽带信号。