机械系统中滚动轴承局部故障会导致振动信号中出现冲击响应成分,为有效提取轴承故障冲击特征,基于信号稀疏表示理论,提出了基于改进Laplace字典的轴承故障诊断方法。通过快速Fourier变换及相关滤波法确定基底函数的参数,构造Laplace小波基并通过错位拓展转换为Toeplitz矩阵,以此矩阵作为稀疏表示字典,实现振动信号在Laplace小波基下的稀疏表示,提取信号中瞬态冲击成分特征。对仿真信号及轴承故障信号的验证结果表明基于改进Laplace字典的稀疏表示方法可有效提取冲击信号特征,实现轴承典型故障诊断。