信源定位技术是阵列信号处理领域中最重要的应用之一,其核心功能是对信源的位置参数进行估计。而三维信源定位技术,以其拥有同时对信源的俯仰角、方位角和距离参量进行测量的能力,是信源定位技术中一项更具有现实意义的重要技术。该技术在5G毫米波通信系统、无线传感器网络、声源定位和地震勘探等领域都有着广泛的应用。且高精度的三维信源定位技术可以更精确的引导微波输能系统进行能量的定向传输,在提高微波输能系统的传输效率方面有着巨大的潜力。然而,复杂的阵列模型、繁琐的导向矢量结构、过高的算法复杂度等问题使三维信源定位算法的发展与使用受到了极大的限制。因此,文章从阵列模型和信源定位算法两个方面,对低复杂度的三维信源定位算法展开了研究。主要工作安排如下:1)构建了一种基于互素线阵互素平移的稀疏平面阵列（Coprime Linear Array Coprime Shift-Sparse Planar Array,CLACS-SPA）以及互素稀疏的十字阵列（Coprime Cross Arrays,CCA）。CLACS-SPA阵列与CCA阵列都是一种基于互素稀疏的二维阵列,其阵列结构的复杂度都远小于同口径的均匀平面阵列,且CCA阵列在阵列结构复杂度方面做到了极低的程度。同时,CLACS-SPA与CCA阵列都能无模糊的完成高精度远距离的三维信源定位任务,其中基于CLACS-SPA阵列拥有更加优良的定位性能。2)构建了一种球面共形的十字阵列（Spherical Conformal Cross Array,SCCA）。该阵列上的阵元等圆心角的分布在两段弧形线阵上,且两段弧形线阵分别处于两个互相垂直的过球心平面与该球的交线上。SCCA不仅可以很好的依附于球的表面,从而提高阵列的空间利用率,还拥有稀疏阵列低复杂度的结构特性。文章对该阵列的导向矢量矩阵结构进行了推导,并建立了基于该阵列的三维信源定位模型。仿真分析发现相较于同口径同天线数的CCA阵列,该阵列拥有更高的信源定位精度。此外,文章还通过仿真分析获得了SCCA的半径、弧度、阵元间距等因素对该阵列定位性能的影响。3)研究了低复杂度的三维降秩MUSIC（Rank Reduced Multiple Signal Classification,RARE-MUSIC）算法与三维降秩传播算子算法（RARE-Propagator Method,RARE-PM）。两种算法都是以降秩方法为核心思路,通过泰勒级数分解将信源导向矢量中的距离项进行剥离,从而避免了对俯仰角、方位角与距离同时进行谱峰搜索的难题。两种算法都可将三维谱峰搜索转化为一个对俯仰角与方位角的二维谱峰搜索,和一个对距离项的一维谱峰搜索。仿真结果表明,三维RAREMUSIC与RARE-PM算法不仅都能大幅度降低算法的计算复杂度,而且在信源三维参量估计上的误差都极低。