本发明属于辐射源定向定位领域，特别涉及一种辐射源航迹矢量直接估计方法，基于多个观测站采集的接收波形和电磁波传播模型，构建相邻阶段的目标运动模型；依据目标运动模型和相邻两个阶段观测目标状态转移概率构建包含接收波形数据和航迹矢量的似然函数；通过对似然函数进行优化求解获取目标航迹矢量的最大似然估计。本发明通过构建包含波形数据和航迹矢量的似然函数，直接获得航迹矢量的最大似然估计，充分利用同一目标的不同观测站的观测数据之间、以及不同时刻的观测数据之间的自然冗余关系，能够在目标运动规律明显、信噪比低、采集快拍数少的条件下，获得较高的航迹估计，显著提高航迹估计性能，具有较好的应用前景。