本发明公开了一种基于二维正交非均匀线阵的水下波达方向估计方法与装置，本方法先对非均匀线阵的导向矩阵进行相位补偿，得到非均匀线阵对应的均匀线阵的导向矩阵，然后利用ESPRIT算法对此均匀线阵的导向矩阵进行DOA估计迭代，得到两个非均匀线阵所对应的均匀线阵上的旋转算子，再利用从目标反射回来的声波在非均匀正交线阵上形成的方向角之间关系，推导出含有两个旋转算子且不含声速的波达方向角的表达式，最后将两个旋转算子的值代入表达式中从而求得最终方向角的大小。本发明在算法过程中消去信号在介质中的传播速度，从而排除了速度对算法结果的影响，可在复杂水声环境下进行测量，使得其实用性更高，并且目标定位的精度也更高。