本文基于局部多项式傅立叶变换(LPFT),围绕窄带、宽带及存在阵元互耦扰动的多项式相位阵列信号处理问题展开了深入研究。重点研究了LPFT,量化分析了LPP的交叉项,为LPFT应用提供了理论依据。提出了基于LPFT-MUSIC的窄带多源多项式相位信号DOA估计方法,推导了信噪比提升因子。提出了基于APFT的LPFT-MUSIC方法,实现了时频特性和DOA的在线估计。提出了基于APFT-LPFT-ESPRIT的多项式相位信号一维及二维到达角估计方法,减轻了计算量。在未知相关噪声等复杂噪声背景下,提出了一种宽带多项式相位信号LPFT相干子空间方法。提出了一种宽带阵元输出多项式相位分析法,无需考虑汇聚变换及初始角度估计。在高斯色噪声背景下,提出了一种基于RARE-Cumulant的互耦校正和DOA估计方法。提出了基于RARE-LPFT的窄带多项式相位信号互耦校正和DOA估计方法。理论分析和仿真实验表明,本文提出的各种阵列参量估计方法,普遍具有噪声抑制能力强、估计精度高、适用范围广等优点。