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基于张量模型的参数估计是雷达信号处理的一个发展趋势，然而现有张量算法无法在估计精度和计算复杂度方面达到良好的折衷。为解决上述问题，提出一种三维压缩感知（Three-way compressive sensing，TWCS）的多输入多输出雷达角度估计算法。利用匹配滤波后的信号内部隐含的多维结构，将接收数据堆叠成一个三阶张量模型。为降低高维张量在存储和计算方面的复杂性，利用高阶奇异值分解对高维张量数据进行压缩。其次将压缩后的张量与三线性模型相联系，获取压缩的方向矩阵。利用目标角度在所处背景的稀疏性，设计两个过