现代工程机械因其动力强劲、自动化程度高、功能适应强,已在矿产资源开采、国民基础建设、工业生产等领域中得到广泛应用。工程机械作业时产生的振动,会影响其设备的运行状态和作业人员的操作舒适性,并且会造成环境噪声污染。随着人们对低噪声、操作舒适性的要求不断提高,以及国内外颁布的标准对工程机械噪声限值、人体承受振动限值不断严格,使得减振降噪日益受到企业和研究人员重视。因此,开展工程机械振动、噪声性质研究,对指导制定有针对性的被动减振、降噪策略,提升工程机械性能意义重大。振动测试信号分析,是获取与振源振动规律及其传递路径相关信息的有效技术手段,其关键在于对振源信号特征的准确提取,特征分量的有效分离。然而,工程机械结构复杂、振源众多、传递路径多样,使其振动测试信号具有复杂非平稳特性,如强非线性频率调制、冲击和相关等特性。现有的时频分析方法难以满足上述非平稳信号特征提取和信号分离的要求。为此,本文以挖掘机这一典型工程机械为研究对象,以现有的时频后处理方法为基础,从提高时频谱能量集中性和时频特征估计精度的角度出发,探究新的时频分析方法及在不同类型非平稳振动信号特征提取中的应用。主要研究内容如下:（1）分析小波变换在度量信号频率成分和时间位置信息时存在的问题,研究小波系数在时频域内的分布规律,以及瞬时频率位置的小波系数与信号本质时频特征的内在联系,讨论小波变换时频谱中小波基中心频率等于信号瞬时频率的时频点（不动点）的存在性。（2）针对基于小波变换的同步压缩方法难以准确提取强调制非平稳信号特征的问题,提出了基于小波变换的多次同步压缩方法。研究了该方法的原理,瞬时频率估计精度和信号重构效果。引入了二阶瞬时频率估计,以增强该方法处理强频率调制信号的性能、加快迭代收敛速度。通过仿真和工程实际测试信号分析,检验所提方法在处理强频率调制信号中的有效性。（3）为降低噪声和无关分量对信号特征提取结果的干扰,提出了同步提取变换方法,以直接获取与信号本质时频特征相关的小波系数。研究所提方法的瞬时频率估计精度,信号重构方法和精度,以及算法实现过程。通过仿真和工程实际测试信号分析,检验所提方法提取非平稳信号调制规律相关的信息的有效性。（4）为解决冲击信号时频特征的表征问题,研究了冲击信号小波系数分布规律,群延迟位置小波系数与冲击信号本质时频特征的关系,进而提出了基于小波变换的瞬态提取方法。利用频域信号模型研究所提出方法的群延迟估计精度、信号重构方法及重构精度。以冲击信号时频能量聚集中心时刻作为冲击信号的发生时刻,用于连续冲击分量重复周期的估计,提高了处理结果的准确性,降低了噪声和无关分量的干扰。通过仿真和工程实际测试信号检验所提方法在提取冲击信号时频特征,定位冲击发生时刻的有效性。（5）针对挖掘机中具有相关信号特征的振源难以有效区分的问题,利用所提时频后处理方法对挖掘机振源振动信号的调制特性和冲击特性进行了分析;并结合不同振源振动形成机理,选取了可反映不同振源振动规律的时频特征,建立振动信号时频特征与振源的映射关系。根据建立的映射关系,探究了应用时频特征匹配思想解决挖掘机振源识别、及传递路径分析问题,并通过案例分析检验所提解决方案的有效性。本文针对挖掘机不同类型的非平稳振动信号分析需要,研究提出了以小波变换为基础的多次同步压缩、同步提取、瞬态提取三种时频后处理方法,分析了其相关理论。将所提方法应用于挖掘机振动特性研究,解决了具有相关特性的振源识别问题。研究成果对于弥补现有时频分析方法的缺陷,丰富和完善时频分析理论体系有重要的意义,为工程机械振动特性研究提供了有效的技术手段。