本发明提供宽带多频稀疏信号的非均匀采样与重建方法，所述方法包括，通过多门限能量检测系统计算信号初始频谱信息，根据获得信息使用快速搜索散发搜索信号的非均匀采样参数，建立信号采样模型，采用子空间估计法对信号频谱信息进行估计，获得重建矩阵未知向量，重建原始信号。本发明的方法首先采用多门限能量检测系统估计信号频谱信息，选取适当的采样周期，降低了计算成本，在频谱估计中又采用了基于CAPON的频谱估计算法，快速估计出信号频谱信息。所诉方法采样多门限能量检测算法与基于CAPON频谱估计算法，不仅进一步降低了计算复杂度，并且加快了非均匀采样中频谱估计速度，保证了算法在有限信噪比下的数值稳健性。