阵列信号处理的目的是利用传感器阵列接收到信号的观测数据,从而获取接收信号的有用特征和信号源的信息。而矢量传感器阵列信号处理在近几年阵列信号处理领域发展中已占有重要地位,因在通信、声呐、雷达、地震勘探、电子对抗和生物医药工程等领域有着无限的应用前景,矢量传感器阵列处理已成为众多学者竞相研究的热点。基于传统标量传感器阵列(Traditional Scalar Sensor Array)的DOA估计研究已有相当长的历史并拥有的大量研究学术成果,矢量传感器阵列(Vector Sensor Array)的发展也十分迅猛。其中电磁矢量传感器是由三个电偶极子和三个磁偶极子共点配置而成,而由紧凑的电磁矢量传感器按照一定方式在空间放置构成的阵列系统叫做矢量传感器阵列。由于矢量传感器阵列能够感应到电磁信号的极化信息,因而又称其为极化阵列(Polarization Sensitive Array,PSA)。它与传统标量传感器阵列相比,具有稳健的检测能力、较高的空间分辨能力及较强的抗干扰能力,因此矢量传感器阵列具有更为优越的信息获取能力,它的实际应用价值获得更多领域研究学者的青睐。目前在电磁矢量传感器阵列信号研究处理领域,大多研究的是线性阵列,很少考虑到具有很多优异特性的均匀圆阵。本文利用电磁矢量传感器不同阵列含有丰富的冗余信息,结合信号的具体特点,展开对矢量阵列信号的多参量估计问题的研究。1843年,Hamilton将四元数引入到数学中。与实数和复数相比,因它不满足乘法交换律,所以对它的研究也就复杂的多,四元数及其理论研究也就十分缓慢。但近些年来,随着数学领域的学者对四元数矩阵研究逐渐成为热点,很多科学家也使四元数理论研究走向了实际应用领域,将许多要解决的以复数形式表示的平面问题看做成空间几何问题,从而获得了意想不到的效果。例如将四元数在彩色图像处理方面的应用,一个纯四元数的三个虚部恰巧能够同时表示彩色图像的红、绿、蓝三基色系数,从而给彩色图像处理带来意想不到的神奇效果。本文将四元数运用到矢量阵列信号参量估计中,就是要利用四元数的多维特性构建矢量信号接收模型来表现更多信号的信息特点,然后通过四元数矩阵理论结合现有的算法联合估计出矢量阵列信号的参量。本论文的创新性研究工作主要包括两个方面:一是在基于四元数建立数据协方差矩阵函数基础上进行修正,再利用四元数矩阵右特征值分解算法和Q-MUSIC算法,提高二分量矢量阵列信号多参量估计的分辨率问题;二是尝试分别基于均匀线阵,均匀圆阵,双平行线阵三种电磁矢量传感器阵列结构构造四元数模型,并采用四元数MUSIC方法估计参数。结果表明基于四元数的谱估计较传统MUSIC方法效果显著。