针对非线性、非平稳且包含强烈的噪声的轴承故障振动信号难以有效提取故障特征信息进行故障识别的问题，提出基于双树复小波变换和双谱的故障诊断方法。首先利用双树复小波变换将故障轴承振动信号分解为若干个不同频带的分量，选择出包含故障特征的分量；然后对该分量进行希尔伯特包络解调；最后对包络信号求其双谱图，从而有效地提取出故障信号的特征频率，准确地进行故障识别。滚动轴承故障实验和工程应用表明，该方法能有效地提取故障轴承的故障特征频率，并且几乎可以完全抑制噪声，验证了方法的可行性和有效性。