波达方向估计正向着高分辨率趋势发展,由于天线成本高且维护困难,如何用较少的阵列天线实现较多信源波达方向的精确估计是该领域的研究热点。与相等阵列天线数的均匀线阵相比,稀疏阵列有更大的阵列孔径,可以实现欠定DOA（Direction of Arrival）估计,针对入射到天线上的信号为非平稳信号的情形,结合时频分析工具可以更好地将信号的波达方向估计出来,因此本文将稀疏阵列作为阵列模型,将时频分析工具融合到稀疏阵列的波达方向估计中,以期获得对入射信号更高精度的方向到达角估计。首先,针对阵列模型为均匀线阵且信源之间互不相干介绍了三种经典波达方向估计算法——CBF（Conventional Beam Forming）、Capon和MUSIC（Multiple Signal Classification）算法,对它们的仿真结果表明MUSIC算法的角度分辨率最高,再针对相干信源的情形介绍了空间平滑和IMUSIC（Improved MUSIC）算法,对它们的仿真结果分析表明IMUSIC算法的角度估计精度略优于双向平滑算法。其次,介绍了三种稀疏阵列——最小冗余阵列、互质及改进的互质阵列和嵌套阵列的模型,仿真对比了稀疏阵列、同阵元数均匀线阵和同阵列孔径均匀线阵的方向图,仿真结果表明稀疏阵列具有主瓣宽度窄的优点,且三种稀疏阵列的主瓣宽度由窄到宽依次为最小冗余、嵌套和互质阵列,最后分析了不同稀疏阵列的适用场合。然后,针对阵列类型为稀疏阵列的情形,研究了两种适合于稀疏阵列的DOA估计算法——基于协方差矩阵向量化的空间平滑MUSIC（SS-MUSIC）算法和基于Toeplitz矩阵重构（Toeplitz）算法。仿真结果表明这两种算法均能够充分利用稀疏阵列的高自由度以实现较高精度的欠定DOA估计,且Toeplitz算法的DOA估计性能和SS-MUSIC算法相差无几。最后,针对入射到阵列上信号为非平稳信号（线性调频信号）的情形,介绍了Wigner-Ville分布及几种改进分布,仿真对比了它们的时频图,突出了伪Wigner-Ville分布的优势。提出基于稀疏阵列的时频平滑MUSIC（TF-SSMUSIC）算法,仿真对比了TF-SSMUSIC和SS-MUSIC算法的性能,仿真结果表明TF-SSMUSIC有更好的抗噪声性能和更高的角度估计精度。