本发明公开了一种基于最优结构化虚拟域张量填充的超分辨互质面阵空间谱估计方法，主要解决现有方法虚拟域张量中的成片缺失元素难以有效填充和空间谱分辨率性能受限问题，其实现步骤是：互质面阵的张量信号建模；基于互相关张量维度合并推导增广虚拟面阵；基于非连续虚拟面阵的镜像拓展构造虚拟域张量；通过虚拟域子张量叠加变换重构虚拟域张量；基于虚拟域子张量维度优化得到最优结构化虚拟域张量；基于交替方向乘子法填充结构化虚拟域张量；对填充后的结构化虚拟域张量进行分解实现超分辨空间谱估计。本发明实现了互质面阵虚拟域张量的最优化填充，充分利用互质面阵全部的非连续虚拟域统计量信息进行超分辨空间谱估计，可用于目标定位。