本发明涉及一种基于权值扰动的阵列协方差矩阵恢复及DOA估计方法，包括：步骤1：获取阵列接收的雷达回波数据；步骤2：将相移权方法应用于和差波束网络，根据雷达回波数据进行协方差矩阵部分恢复，得到部分恢复协方差矩阵；步骤3：构建超完备阵列流型矩阵；步骤4：根据超完备阵列流型矩阵和部分恢复协方差矩阵，利用Hadamard乘积参数化求解得到稀疏系数的最终解；步骤5：根据稀疏系数的最终解得到空间谱估计结果，实现DOA估计。本发明的基于权值扰动的阵列协方差矩阵恢复及DOA估计方法，通过利用分时的权值扰动获得降维阵列新息，然后通过新息恢复完整或部分的协方差矩阵，从而获得阵列全维空域自由度，进而具有实现多目标超分辨的能力。