对非合作辐射源的定位问题在诸如态势感知、灾难搜索救援、预警侦察监视以及电磁频谱监测等诸多军民应用领域中起到重要作用,受到广泛、持续的关注。随着技术的不断发展和定位需求的不断拓展,追求弱信号条件下更高的参数估计精度、低成本的定位硬件系统、更低的能耗和通信负荷已成趋势。针对这些问题,本文对多传感器时差/时频差定位体制下的参数估计、定位、联合同步与定位问题以及大规模传感器网络中的分布式定位问题进行了研究。在第二章中,针对现有的多个同型号同参数脉冲雷达辐射源交错脉冲列的时差/频差估计问题,分别提出了基于干扰脉冲剔除的时差/频差估计方法和对多辐射源时差/频差联合估计的方法。通过对所提方法仿真分析并对比传统方法,证明了所提方法能够显著提升脉冲信号的时差频差估计精度。第三章为提高定位精度和稳健性,分别提出了基于期望最大化的时差频差定位法,基于迭代约束加权最小二乘的联合时差频差、频差变化率对已知高程辐射源的定位方法,以及基于多粒子滤波的动目标直接定位方法。仿真结果表明,所提方法在低信噪比条件下比时差频差两步定位法具有更高的定位精度,而计算复杂度相比于网格搜索直接定位法大大降低。第四章主要研究了异步时钟传感器网络中的直接定位问题。通过利用合作标校辐射源或者利用多个辐射源的时钟偏差自校正手段,分别提出了基于期望最大化和基于粒子滤波的联合同步与直接定位的方法。仿真结果显示了所提方法在低信噪比下相比于传统两步法的优势以及相比于基于网格搜索直接定位法的高效性。第五章针对传感器日益小型化、低功率化和大规模集群化这一发展趋势,对分布式传感器网络中的定位问题进行了研究。分别提出了基于充分统计量传输的分布式直接定位以及基于置信度传输的联合同步与定位方法。此外,针对未知运动模型的辐射源跟踪问题,给出了一种交互多模型直接跟踪方法。仿真结果表明,所提的分布式方法相比于现有的中心化方法虽然性能略有下降,但是具有更低的通信负载和更高的计算效率,更适合用于未来的大规模传感器网络。最后,第六章总结了本论文的主要创新点,并简要分析了未来的研究方向。