随着波达方向(direction of arrival,DOA)估计理论的发展,在相同阵元数下,非均匀阵相比均匀阵不仅增加了阵列的自由度、提高了角度分辨率,而且可以实现物理阵元数小于实际目标数的欠定DOA估计,因此成为当前阵列研究的热点方向。针对当前嵌套阵列(nested array,NA)结构在工程应用中可能存在的问题,提出一种阵元位置较灵活的非均匀阵列,并在该阵列的基础上实现了空间目标源的一维、二维DOA估计,最终将其应用到多输入多输出(multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达的多参数估计中,可以实现对目标更精确的定位。现将具体工作概括如下:1.通过对阵元数的几何运算,二阶嵌套阵可实现阵列最大自由度(最多虚拟阵元个数),由于其两级阵列均由均匀线性阵组成,且第一级阵列阵元排布紧密,容易引起工程安装问题和互耦问题。针对此问题,提出了一种非均匀阵列天线结构,该阵列不需要由两个或多个均匀线性子阵构成,所以不存在紧密的阵元间隔,可有效降低阵元间的互耦,在满足与嵌套阵性能相同(与嵌套阵列产生相同连续的虚拟阵元数)的前提下,相比嵌套阵列,布阵方式更灵活,工程应用更广泛。2.针对所提的非均匀阵列,提出了一种对冗余数据集处理的算法,该算法的最终输出参数为一个不包含冗余阵元信息的虚拟阵列接收数据,并将该数据提供给后续DOA估计算法进行处理。3.为避免空间平滑算法引起阵列自由度损失,将稀疏重构算法结合到非均匀阵列下的一维DOA估计中,不仅能够实现欠定DOA估计,而且在信噪比、和快拍数较低的情况下拥有较好的估计性能;但在实际工程应用中,想要实现更精确的定位,仅仅知道目标的俯仰角信息是不够的,为此,我们在一维DOA估计的基础上,将非均匀线阵扩展至L型阵,研究了一种无需特征分解的二维DOA估计算法,该算法在阵元数多、快拍数大的情况下,可有效降低算法的处理时间。通过仿真验证,L型非均匀阵列下的二维波达方向估计,不仅能实现较高的估计精度而且可对近距离目标处理。4.为进一步扩大MIMO雷达的阵列自由度,将所提阵列配置为发射和接收阵列,介绍了在非均匀阵下的双基地MIMO雷达信号模型,并针对该信号模型引入稀疏重构方法,通过挖掘发射角和接收角的阵列流形矩阵关系,将高维字典转换为两个低维字典,不仅降低了稀疏重构算法的运算量,实现了稀疏信号从高维到低维的映射,而且通过对低维稀疏信号进行重构完成了角度的自动配对。通过仿真验证,该方法能够在单次快拍下实现多目标的波离角(direction of departure,DOD)和DOA联合估计,也可附带对空间相干目标源进行处理。