齿轮故障振动信号往往表现为非线性非平稳特性，并且早期故障振动信号往往包含较强的背景噪声，不利于故障特征的提取。针对该问题，提出了基于双树复小波变换和局部投影算法的齿轮故障诊断方法。首先，对故障信号进行双树复小波变换，得到不同尺度下的小波系数和最后一层的尺度系数，并计算各层小波系数的模与相角。然后，选择模周期性较强的小波系数或尺度系数进行局部投影算法处理，得到周期性增强的系数的模，并选择合适的阈值进行软阈值处理。最后，利用处理后的系数进行双树复小波重构，从而提取出齿轮故障特征信号，进行希尔伯特包络解调分析便能准确地得到故障特征频率。仿真信号和工程应用表明，该方法能够有效地提取齿轮故障特征信息，提供了一种齿轮故障特征提取的新方法。