本发明公开一种基于二维波达方向的短波多站和单星协同直接定位方法，对能够同时发射短波信号和卫星信号的待定位辐射源，依次建立该辐射源地理坐标与发射的短波信号到达不同短波观测站的方位角和仰角的代数关系式；确定短波观测站中的阵列流形向量关于地理坐标的导数表达式；建立该辐射源地理坐标与发射的卫星信号到达单颗卫星的方位角和仰角的代数关系式；确定单颗卫星中的阵列流形向量关于地理坐标的导数表达式；将采集的阵列信号数据传输至地面中心站进行处理，基于短波信号数据和卫星信号数据获得估计辐射源经纬度的优化模型，并进行数值优化，获得辐射源经纬度的估计值。本发明能够显著提升对地球表面远距离辐射源的定位精度。