入射信号的频率和波达方向在雷达、无线通信系统、电子战等被动目标感知领域中是至关重要的两个物理参量。并且这两个物理量的估计困难程度会随着入射信号频率的升高而逐步增加。空间域奈奎斯特采样定理要求天线阵元间距不大于入射信号波长的一半,当入射信号频率较高时不得不将阵列密集布置,这样会造成阵元间严重的耦合效应。时间域奈奎斯特采样定理要求采样速率不低于入射信号最高频率的两倍,这给模数转换器带来了极大的负担。为此本文提出了时空欠采样下的频率和波达方向估计方案。提高空时域欠采样下的入射信号的频率和到达角估计器的抗噪鲁棒性具有较高的理论意义和工程价值。本文从改善联合估计器的两个基本问题入手解决此难题。在阵元排列与配置方面,本文构造了仅包含3个阵元的互素松弛阵列,并且根据面向鲁棒性余数系统要求对阵元间距进行了配置,这样既节省了硬件消耗又保证了阵列具有较高的稀疏度,从而抑制由于阵元密集分布造成的阵元间耦合效应,使其不受空间域奈奎斯特定理的限制;在频率和到达角参数重构算法的设计方面,本文采用面向鲁棒性余数系统的重构方法并对抗噪鲁棒性调节机理做了深入详细的分析。其中在频率重构方面采用并行欠采样方式,大大提升本文联合估计方案可以估计的频率范围并使其不受时间域奈奎斯特定理的限制。另外在利用面向鲁棒性余数系统算法进行参数重构时,余数的准确获取是至关重要的,因此本文采用了频谱较正的技术来保证余数获取的准确性。仿真结果表明:经过以上两方面根本性的改进,本文提出的抗噪鲁棒性可分级的联合估计器,在无需增加硬件复杂度和系统成本的前提下,无论在频率估计还是到达角估计方面,其抗噪鲁棒性的信噪比阈值改善均可达到9dB以上。因而在雷达、遥感等被动感知领域具有较广阔的应用前景。