信号波达方向(DOA,Direction Of Arrival)估计是信号处理领域的研究热点之一。本文针对二维DOA估计算法存在的估计精度不高、计算复杂度过大以及相干信号使协方差矩阵出现秩亏损等问题,在分析已有算法的基础上,主要做了以下三个方面的改进:1.当均匀面阵为接收阵列时,改进了基于传播算子(PM,Propagator Method)算法。该改进算法利用划分子面阵之间的几何平移特性,通过传播算子求解旋转不变矩阵,根据旋转不变矩阵特征值的模值和相位值与二维入射角度的转换关系,求出已配对的二维角度估计值。仿真实验表明,与传统方法相比,该算法在保持性能不变的条件下,显著降低了运算复杂度。2.当均匀圆阵为接收阵列时,讨论了基于模式空间算法。该算法将均匀圆阵等效为虚拟均匀线阵,等效前后数据包含信息相同,利用虚拟均匀线阵求解空间来波信号的二维波达角度估计值。实验表明,该算法有效降低了运算量,但是在高仰角的时候误差过大。分析了高仰角时误差和各个参数的关系,通过实验证明通过改变均匀圆阵阵元数目和虚拟均匀线阵阵元数目比可以提高精度。3.当均匀面阵为接收阵列时,提出了协方差矩阵重构算法。该算法分析协方差矩阵的子分块矩阵本应满足但由于相干信号影响而不再满足的Toeplitz特性,利用阵列接收数据矢量重新构造符合要求的协方差矩阵。实验表明,提出的算法不仅可以提高阵元利用率,且可以准确的估计出存在相干信号的混合入射信号源的到达角度估计值。