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在二维虚拟ESPRIT算法的基础上，提出了一种高性能的改进算法。改进方法依照子阵数据直接空间平滑的思想对子阵数据进行预处理，用虚拟阵列变换技术实施阵列变换，采用波达方向矩阵法的思路计算二维角度参数。仿真结果表明，相比于空域平滑的DOA矩阵法和空域平滑的二维虚拟ESPRIT算法，该方法在低信噪比情况下对相干信号源具有更好的估计性能，对独立信号源，能够估计出超过子阵阵元数的信号。