多普勒频移信号是一种非平稳信号，其瞬时频率是时间的函数，随时间变化而变化。传统的傅里叶变换无法同时显现信号的时域和频域信息，不能用于处理非平稳信号。时频分析可以有效展示信号频率随时间的变化规律，时频分布是时频分析的基础和核心，时频分布有多种形式，短时傅立叶变换和小波变换是常用的线性时频分布，短时傅立叶变换受制于固定窗函数，无法同时取得较高的时间分辨率和频率分辨率，小波变换的基函数设计比较麻烦。Wigner-Ville分布是最简单的二次型时频分布，具有较好的信号项聚集性，但由于交叉项的存在，不能用于多分量信号的分析。S-method分布可以在信号项聚集性和交叉项抑制上取得很好的折衷。本文给出了一种基于S-method分布的改进算法Modified S-method分布，它是通过改变窗函数的面积来实现的，平稳性好的时间域选用大面积窗，平稳性差的时间域选用小面积窗，仿真实验表明，相对于S-method分布，Modified S-method分布具有更高的信号项聚集性，并取得相当的瞬时频率估计精度。Modified S-method分布同样适用于实际信号，对于不同类型的多普勒信号分析表明，Modified S-method分布具有更好的时频聚集性，可以更清晰的描述信号的瞬时频率。最后，为了便于信号分析，设计了一个用于信号处理的图形用户界面。