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计算复杂度高是制约时频原子分解算法在信号处理中应用的主要问题，文中提出了一种基于粒子群算法（PSO）的时频原子分解快速算法，该方法在过完备Chirp原子库的基础上，采用时频原子分解算法分解信号，并通过PSO算法降低时频原子分解算法搜索过程的计算复杂度，提高信号处理效率。对雷达辐射源信号的仿真实验结果表明，该方法与传统的时频原子分解算法相比计算速度大幅提高，且用在数量上比Gabor少的Chirp原子刻画出信号的主要时频特征。