极化敏感阵列可以感知入射电磁波的多维电磁场分量,不仅能显著改善对电磁辐射源空域信息的感知性能,而且还可以提供目标的极化信息,其性能要高于传统标量阵列,是阵列信号处理的一个前沿领域,在雷达、通信、声纳和导航等领域有着广阔的应用前景,极化敏感阵列参数估计是一项重要的研究内容,且当前绝大多数极化敏感阵列参数估计算法都是针对远场信号源。然而,随着大型（超大型）阵列以及分布式阵列在实际中的应用日益广泛,在这类应用中,通常会存在远近场混合源共存情形,此时已不能再用常规的纯远场或纯近场模型来进行刻画,极化敏感阵列的混合源信号模型和参数估计算法会更为复杂,研究适用于混合源情形下的极化敏感阵列参数估计算法尤为必要。另外,在实际中会不可避免的存在阵列幅相误差及耦合误差,这会导致常规的极化敏感阵列信号处理算法性能下降甚至失效,如何有效的降低各类阵列误差的影响,研究稳健的极化敏感阵列参数估计算法具有实际意义。此外,由于MIMO阵列可以增大系统的自由度,形成虚拟孔径,在参数估计等方面具有独特优势,将极化敏感阵列应用于MIMO系统,将MIMO系统带来的波形分集和极化阵列提供的极化分集相结合,研究极化MIMO阵列的参数估计算法具有重要的理论意义和实际工程应用价值。围绕这些方面,通过充分挖掘极化阵列的优势,并将其应用于大型阵列和MIMO系统,并同时考虑实际中的阵列误差,本文对先进极化阵列的稳健参数估计算法展开研究,主要内容可概括为如下三部分:第一部分研究了远场情形下极化敏感阵列的多维参数估计问题。首先,针对低信噪比下极化子空间类算法参数估计性能严重下降的问题,将改进的重采样技术和ROOT-MUSIC算法相结合,提出了基于重采样的COLD阵列波达方向和极化参数联合估计算法,大幅度提升了低信噪比下的参数估计精度。接着,针对共心式电磁矢量传感器阵列互耦影响严重,参数估计性能有待进一步提高的问题,提出了一种稀疏拉伸式非均匀电磁矢量传感器阵列的多维参数估计算法,先通过利用时域旋转不变算法估计得到阵列的流形矩阵,再根据阵列的几何结构得到方向余弦有模糊精估计值,然后可从阵列流形矩阵中提取出单个电磁矢量传感器导向矩阵,再利用矢量叉乘算法得到方向余弦无模糊粗估计值,最终通过解模糊得到高精度的2D-DOA和极化参数估计。最后,以简化阵列结构、降低极化天线单元间耦合影响、提高参数估计性能为目的,提出了一种稀疏拉伸式L型极化敏感阵列,并给出了对应的参数估计方法,通过将阵列划分为6个子阵,可利用ESPRIT算法得到多个旋转不变因子,经过一系列数学运算可从中解耦得到一组方向余弦有模糊精估计值和多组无模糊粗估计值,然后根据信号导向矢量和噪声子空间的正交性可确定出正确的一组粗估计值,再利用解模糊手段得到高精度的2D-DOA和极化参数估计。该算法在不增加硬件复杂度的前提下,大幅度降低了极化天线间的互耦影响,扩展了阵列孔径,提高了参数估计精度。第二部分研究了极化敏感阵列的远近场混合源参数估计算法。首先,针对已有混合源定位算法仅能估计信源的空域信息,不能获取极化信息的问题,本文提出了二维空间下三偶极子线阵的混合源分类和参数估计算法,通过构造多个四阶累积量矩阵和矩阵方程,实现了更为合理的混合源分类和更高精度的空域及极化域信息估计,该方法无需任何谱峰搜索,突破了当前算法要求阵元间距为四分之一波长或八分之一波长的限制,仅需已知三个阵元的位置。接着,本文又将前述方法扩展到了三维空间中进行混合源定位,首次推导建立了三偶极子线阵在三维空间下的混合源信号模型,并首次利用线阵实现了混合源的2D-DOA、距离和极化参数的联合估计。另外,在实际中,接收阵列常常会存在幅相误差,这会使得混合源定位性能严重恶化。为了解决这个问题,本文提出了一种幅相误差下的全电磁矢量传感器线阵混合源参数估计算法,通过构造多个四阶累积量矩阵,并利用阵列的几何结构,可得到混合源的DOA、距离和极化参数估计值,然后根据信号导向矢量和噪声子空间的正交性,可构建出一个矩阵方程,进而可解得阵列的幅相误差估计值。该方法中各阵元可随机放置,且无需任何谱峰搜索。第三部分研究了极化MIMO阵列的角度估计算法。首先,介绍了一种典型的双基电磁矢量传感器MIMO阵列参数估计方法,并详细分析了其中存在的问题,该方法不能利用各极化天线单元的空间分集,参数估计精度不够高,各极化天线间互耦严重,阵列配置不够灵活。围绕这些问题,本论文提出了一种新的双基极化MIMO阵列系统,发射端和接收端均由若干拉伸式五偶极子组构成,并提出了对应的参数估计策略,通过将发射阵和接收阵分别划分为5个子阵,并利用相移旋转不变因子间的关系,从中解耦出2D-DOA、2D-DOD、发射极化角和接收极化角的估计值,该方法同时利用了MIMO系统带来的波形分集以及极化阵提供的极化分集和空间分集,具有更好的参数估计性能,可分辨更多的目标,运算复杂度更低,大幅度降低了天线间的耦合影响,所有五偶极子组可随机放置,且无需已知任何五偶极子组的位置。