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波达方向(DOA)估计是阵列信号处理领域中一个重要的研究方向。近年来,新兴的矩阵填充理论能通过少量观测信息高概率地重构出恢复矩阵,为DOA估计领域提供了新的数据处理方法与思路。本文首先对已有的DOA估计方法进行分析和总结,针对传统DOA估计方法估计性能欠佳的问题,本文引入了矩阵填充技术,提出了三种基于矩阵填充的高分辨DOA估计方法,有效地提高了估计性能。本文的主要工作内容如下:(1)提出了一种基于矩阵填充的嵌套阵阵元失效下的高分辨DOA估计方法。针对稀疏阵阵元失效时会导致虚拟阵元连续性被打破的问题,所提方法利用协方差矩阵的低秩性,采用矩阵填充技术填补了失效的数据求解该问题,并采用MUSIC搜索完成波达方向估计。所提方法保持着稀疏阵阵列孔径大的优势,从而提高了DOA估计的性能。(2)提出了一种基于矩阵填充的冲击噪声下的高分辨DOA估计方法。针对现有DOA估计方法在冲击噪声影响下到达角估计精度低和分辨率低的问题,所提方法先去除异常值,然后引入矩阵填充技术补全矩阵,从而获得去噪的观测矩阵。所提方法有效地抑制了冲击噪声对信号的影响,提高了DOA估计的精度,也提高了整个阵列系统的稳定性。(3)提出了基于双平行稀疏阵的高分辨二维DOA估计方法。针对现有二维DOA估计方法估计性能较差的问题,本文先是提出了一种双平行扩展互质阵的阵列结构,然后在此阵列结构上提出了一种基于双平行扩展互质阵的矩阵填充高分辨DOA估计方法。所提方法采用稀疏阵列,具有较高的分辨率和较优的估计性能,并避免了谱峰搜索,降低了计算复杂度,同时也实现了角度的自动配对,无需额外的配对过程。