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针对目标定位中多径回波的多普勒频率和到达角参数联合估计问题，提出一种基于空时扩展虚拟矩阵的多普勒和到达角联合估计算法。通过传感器阵列的多个时域输出的相关运算，在空域形成虚拟传感器阵列，利用DOA矩阵法估计多普勒频率和到达角。该方法无需高维搜索或迭代，估计得到的信号参数自然配对，对阵列形式无特殊要求，虚拟传感器阵列的理论孔径为物理孔径数倍，解决了常规参数估计算法中多径数须小于阵元数和“角度兼并”问题，且该方法在低信噪比下仍有较好的估计精度，计算机仿真证明了方法的有效性。