本实用新型公开了一种基于非圆信号和三维正交阵的二维水下DOA估计装置，该估计装置在结构上选取了三维正交均匀阵列，这种阵列通过接收三个维度上子阵列的数据，能够最终得到声速无关的二维DOA估计，有效解决了声速偏差带来的估计精度下降问题，可以达到提升估计性能的目的。另外为了克服水声环境中信号快速衰减的问题，该估计装置通过将非圆信号应用到水下DOA估计中，采用了基于非圆信号的NC?ESPRIT算法，以提升估计性能。综上，该实用新型结合非圆信号的优点，同时采用了三维正交阵列，根据水下环境进行了声速无关的优化，估计精度高，具有较强的实用性。