波达方向(direction-of-arrival,DOA)估计是利用接收信号的某些信息对信号入射方向进行估计的过程,其在航天、军事等多个领域都有重要应用。DOA估计的过程中,信号的接收由多个物理阵元完成,不同的物理阵元排列方式对应不同的阵列结构,同时也会对DOA估计效果造成不同的影响。因此,阵列的布阵方式在DOA估计问题中是一个非常重要的研究方向。一维阵列可以分为均匀线阵和非均匀线阵两大类,均匀线阵作为最经典的阵列结构在被广泛应用的同时也面临着很多亟需解决的问题。首先在使用多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法进行DOA估计时,均匀线阵所能估计的信源数量无法突破其阵元总数的限制,从而导致在进行多信源估计时,造价成本和空间成本的大幅提高。其次,均匀线阵较小的阵元间距会造成阵元间不可忽略的电磁耦合,进而对DOA估计造成不良影响。非均匀线阵的出现,解决了欠定DOA估计问题,提高了阵列的自由度(direction-of-freedom,DOF),由于布阵方式相对稀疏也一定程度上降低了阵列互耦的影响。近年来,最代表性的非均匀线阵有互质阵和嵌套阵,而本文在入射信号为实信号的条件下,利用矢量共轭增强的方法,充分利用阵列的和差协同阵的连续部分,在嵌套阵的基础上进行改进,针对提升阵列的DOF和降低互耦影响两个问题设计了不同的嵌套阵改进方案。为了最大限度地提升DOF,提出了移位嵌套阵,通过放大经典嵌套阵的稀疏子阵阵元间距及放大稀疏子阵与密集子阵两子阵间的间距来减小和差集合的重合度以提升DOF。具体可以理解为移位嵌套阵通过将经典嵌套阵二维表示,然后将其稀疏子阵整体向右平移得到。理论和仿真结果都证明了移位嵌套阵具有极大的DOF优势。移位嵌套阵由于以提升DOF为终极目标,没有在减小互耦的问题上做优化,因此,针对互耦问题,本文在移位嵌套阵的基础上又进行了改进,提出了超级移位嵌套阵、伸缩超级移位嵌套阵及其高阶扩展形式。由于阵元间的互耦影响主要来源于密集子阵阵元间的电磁耦合,所以减小密集子阵的密集度,可以有两种改进思路,一是缩短密集子阵的长度,二是将密集子阵稀疏化,在线阵的二维表示中,将密集子阵间隔取阵元向下平移。本文所提出的互耦优化方案均基于以上两种改进思路进行阵型设计,最终的数学推导和仿真结果都表明,互耦优化方案能有效降低互耦影响且保持一定的DOF优势。