近年来随着无线通信业务的迅猛发展,电磁频谱资源显得愈加紧张,频谱资源的有效管理对于军事及民用均有重大意义。军事方面,在通信侦察过程中,接收机在缺乏通信先验知识的情况下需要实现对于信号有效的检测,接收和解调;民事应用方面,对于使用者而言需要快速寻找并利用频谱空洞,进行通信。受限于采样器件采样速率的制约,目前侦察系统常用的接收机主要有两种,一种是超外差接收机;另外一种是信道化接收机。以上两种接收机本质上都是基于奈奎斯特采样原理的接收机,在对超宽带信号进行接收时,采样的数据量大,给后续数据的存储和处理带来了很大的不便。在进行频谱监测、通信侦察和信号截获等宽带非合作接收任务过程中,接收的信号在频域上呈现稀疏性被称为宽带稀疏信号。针对这类信号,本文在基于Multicoset采样框架的基础上,结合压缩感知理论,提出一种新的建模方法,具体硬件实现通过在印刷电路板上设置导线长度,可以精确的控制各通道的时延,然后用低速的数模转换器对各通道时延信号进行采样,并利用稀疏重构等先进的信号处理技术完成对几个GHz宽频段范围内的所有窄带信号的频谱监测,包括对目标信号的检测、参数提取。本文主要工作和创新点如下:1.基于Multicoset采样框架,结合宽带信号的稀疏特性和压缩感知理论,从时域角度建模,将其转化成一个经典的稀疏重构问题,并采用现有算法重构原始信号,用8通道50MHz实现了对于1.5GHz频带范围内所有窄带信号的频谱监测。2.针对硬件延时板和采集板对信号产生的衰减以及时延抖动两方面的问题,提出一种新的基于频域的建模方法;3.针对重构原始信号计算效率低和存储空间浪费的问题,建立压缩测量值和其统计信息量之间的关系,直接重构原始信号功率谱和循环谱,并利用调制信号的循环平稳特性,实现通信信号实时感知及调制识别;4.目前的参数估计方法均是针对单调制类型、单信号的通信模型,本文提出一种基于曲线拟合的参数估计方法,无需对多信号进行信号分离即可实现联合参数估计,仿真结果显示提出的算法在估计性能方面极具竞争力。