二维波达方向(DOA)估计是阵列信号处理和无源定位技术中的重要研究领域。本文以云闪雷电探测与预警系统的开发为研究背景，对常应用于实际系统的二维DOA算法集合进行了深入的研究。结合实际系统所处的复杂电磁环境，介绍了二维多重信号分类(MUSIC)算法在系统中设计与实现的关键步骤。并通过全面的测试实验，验证了系统的实时性、稳定性以及抗干扰能力等各方面性能。本文首先从算法研究入手，分别介绍了MUSIC算法和相位干涉仪算法的基本原理。然后，从算法理论模型、频率偏移影响和阵列模型误差等方面对MUSIC算法的误差模型进行了全面的分析，并提出一种适用于不同阵列流型的快速MUSIC算法来降低算法复杂度；另一方面，针对所设计的基于八阵元均匀圆阵的相位干涉仪算法在系统应用中的表现，总结出该算法在应对相位模糊问题上的局限性。于是，本文提出一种基于谱估计的相位差匹配搜索算法，解决了相位测向方法中的相位模糊问题，并突破了二维波达方向估计算法对于阵元间距的限制。随后，从系统的角度，介绍了系统中基于八阵元均匀圆阵的MUSIC算法设计的关键步骤：从对阵列流型的研究中，总结出阵列流型优化存储方法和基于酉变换的实数化MUSIC算法。同时介绍了应对中心对称的阵列流型的一种有源校准方案。最后，基于对现有信源估计算法的研究，结合对复杂电磁环境的实采数据的研究，本文提出一种稳定准确的信源个数估计策略。文章的最后，通过单站单源和双源测试实验，测试了系统的计算速度、测向精度、信源估计准确度等参数，验证了系统的实时性、准确性和稳定性。同时利用，小范围双站移动信源的实验验证了系统的全向性能。利用大范围多站移动信源实验，验证了探测网的联合测向性能，并对探测网内区域误差进行了分析。