针对用于二维十字相控阵的类旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT-like)算法用于相干源方向角估计时存在仰角和方位角配对困难的问题,提出一种基于接收信号矩阵联合对角化的改进二维ESPRIT-like算法。首先,通过ESPRIT-like算法得到 x和 y方向自相关矩阵,并由其重构出对应的Toeplitz矩阵以去相干;然后对Toeplitz矩阵进行等效分解,得到去相干后 x和 y方向的等效接收信号矩阵;最后对等效接收信号矩阵进行矩阵联合对角化,实现相干源仰角和方位角自动配对,从而得到正确的信源方向估计结果。仿真结果表明,与改进前的算法相比,改进后的算法能够实现正确的方向角估计;与目前常用的基于空间平滑的二维多重信号分类(MUSIC)算法相比,在信噪比为30 dB时,该算法响应时间减少了79%左右,仰角和方位角分辨率分别提高了20%和40%左右,均方误差约为MUSIC算法角度误差的10%。