信号波达方向的估计在雷达、通信、探测和医学等领域均有着广泛而重要的应用背景,是阵列信号处理的参数估计中的一个关键问题。在阵列测向中最常用的平面阵布局有均匀线阵及均匀圆阵,相较于线阵,均匀圆阵具有孔径小、测向精度均匀、能够进行二维测向等优点,所以本文以均匀圆阵为阵列模型研究了空间谱估计下的信源数估计算法和测向算法以及时差测向方法。在当前的空间谱估计理论中,很多测向算法都需要确知信号源个数,所以本文中研究了基于信息论准则的信源数估计方法,针对其在色噪声环境下得不到信源数的准确估计问题,学习了基于协方差矩阵的对角加载算法等。在正确估计信源数的前提下,研究了经典MUSIC测向算法原理。MUSIC算法虽然能够得到多信源的高精度测向值,但不适用于相干信源,常用的均匀圆阵相干信源测向方法需要转换为虚拟线阵,再利用空间平滑算法进行信号解相干。这种方法过程复杂并且牺牲了阵列孔径,因此文中重点研究了虚拟阵列平移法,并对其进行了仿真验证,该算法在信源相干环境下能够在不需要牺牲阵列孔径的前提下实现解相干。以MUSIC算法为代表的空间谱估计的信号模型是建立在窄带信源条件下的,针对宽带信号的测向问题,常见的算法有经典非相干子空间ISM算法和相干信号子空间CSM算法。这两类算法均将宽带信号模型转化为窄带信号模型,再采用空间谱测向算法进行测向,算法过程复杂且运算量庞大。因此本文选择从时差的角度研究宽带信号的测向问题。当均匀圆阵应用于弹载、机载等平台时阵元间的时延差很小,可能与采样间隔为同一数量级,为了在不增加大量的采样点数的前提下获得高精度时差估计值,本文采用分数时延估计法以提高时延差的非采样间隔整数部分的求解精度,从而实现了单个宽带信号在小孔径圆阵的高精度测向。在测向系统的信号处理过程中,采样点数必须满足奈奎斯特采样定律,而高频、宽带信号采样所需的点数过多,往往加重了系统的存储负担和资源浪费。针对这一问题,本文提出了一种新的基于压缩感知理论的宽带信号时差测向算法,能够以少量观测点获得与分数时延估计算法相似的测向精度,节省了存储空间并大大减少了算法执行时间,提高了算法效率。