本文讨论了时频分析在合成孔径雷达成像中的多普勒参数估计的应用、时频分析在动目标检测中的应用以及它在信源来波方向估计中的应用。在成像多普勒参数估计中,本文分析了应用WVD-Hough变换来估计多普勒参数的原理,对它的有效性进行了仿真运算,并且与传统的时域估计进行了比较,得到了较好的结果。本文还介绍了分数阶傅立叶变换在成像多普勒参数中的应用,它对比于WVD-HT具有更高的精度和稳健性。在动目标检测中,本文对三种时频分布的动目标检测性能进行了比较,Gabor变换虽然不受交叉项的影响,但是它的时频分辨率比较低。WVD对线性调频信号有最好的时频分辨率,但是它会受到交叉项的严重干扰,而且它会使得检测速度的不模糊区间减少一半,从而降低检测性能。而分数阶傅立叶变换是线性时频变换,所以它不受交叉项的干扰,没有不模糊区间减半的缺点,而且它的估计精度高、抗噪性能好。在到达角估计中,本文从理论上分析了基于空时频分布的到达角估计方法的优越性,给出了两种基于空时频分布矩阵的到达角估计方法,并且通过仿真计算讨论这两种方法和传统MUSIC算法的性能。