本发明公开了一种基于虚拟域张量填充的互质面阵二维波达方向估计方法，主要解决现有方法中多维信号结构化信息丢失和虚拟域统计量无法完全利用的问题，其实现步骤是：构建互质面阵；互质面阵接收信号的张量建模；基于互质面阵互相关张量变换构造增广非连续虚拟面阵；基于非连续虚拟面阵的镜像拓展推导虚拟域张量；通过虚拟域张量重构分散其成片缺失元素；基于张量核范数最小化的虚拟域张量填充；对填充后的虚拟域张量进行分解获得波达方向估计结果。本发明充分利用互质面阵所对应的全部非连续虚拟域张量统计量信息，实现了高精度的波达方向估计，可用于目标定位。