近年来，国内外兴起对新型无源探测系统的研究，同时由于数字信号处理芯片技术的飞速发展，使一些原本计算量大、耗时长的测向算法在工程上的应用成为可能。本课题所要研究的就是利用非合作源，在相干信号情况下对多目标进行二维到达角(DOA)估计的实用方法及其硬件实现。根据阵列信号处理和超分辨测向技术基本原理，本文建立了基于ESPRIT算法的二维超分辨测向数学模型并对其进行了计算机仿真实验，对二维测角精度和稳健性进行了较全面的比较分析。根据计算机仿真实验的分析结果，针对相干信号的二维DOA估计，本文提出了一种新的基于特殊阵列的二维DOA估计方法。该方法利用天线阵列结构的特点来构建一个特殊的协方差矩阵，再根据ESPRIT方法实现二维DOA估计。该方法不需采用空间平滑技术，也不需谱峰搜索，参数可以实现自动配对，而且具有较高的稳健性。最后给出了高速DSP和FPGA为核心的实时测向处理系统设计方案。与PC机通信进行实时测向演示的测试结果表明，本设计所实现的测向处理系统可在方位角0°～360°，仰角0°～90°范围内进行二维测向，当信噪比不小于0dB的时候，方位角和仰角的DOA估计平均误差都在1°以内。该系统在硬件和软件上均已达到课题的技术指标，具有一定的工程实用性，可为今后的超分辨测向系统研究提供一些技术参考。