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针对高斯自噪声环境，提出一种三迭代算法估计二维频率．利用二维数据的旋转不变性，构造4个具有对角结构的数据矩阵，在时域进一步扩展，形成一组对角结构的数据矩阵．通过数据矩阵组的联合对角化，实现二维频率的估计，所得二维频率能自动配对．该方法每步迭代具有精确的最小二乘闭式解，消除了多阶段分解算法的误差积累，提高了估计精度．通过和克拉美罗界（CRB）的比较验证了该算法的有效性．