本发明公开了一种基于互相关张量的三维互质立方阵列波达方向估计方法，主要解决现有方法中多维信号结构化信息损失以及奈奎斯特不匹配的问题，其实现步骤是：构建三维互质立方阵列；三维互质立方阵列接收信号的张量建模；计算六维二阶互相关张量统计量；推导基于互相关张量维度合并变换的三维虚拟均匀立方阵列等价信号张量；基于三维虚拟均匀立方阵列的镜像增广构造四维虚拟域信号张量；通过虚拟域信号张量分解构造Kronecker积形式的信号与噪声子空间；基于三维空间谱搜索获得波达方向估计结果。本发明建立起三维互质立方阵列互相关张量统计量与多维虚拟域之间的关联性，实现了奈奎斯特匹配的波达方向估计，可用于目标定位。