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为了克服标准S变换对时频谱能量的“加权效应”，构造了一种归一化窗S变换。它的窗函数满足能量归一化条件，减少了对高频分量的加权效应，而且可通过参数调整窗函数时宽。文中推导了归一化窗S正反变换的运算实现。模型信号的分析表明，归一化窗S变换在不损失时频分辨率的前提下，更能客观地反映非平稳信号中不同频率成分的能量分布特征，并可通过参数调整其时频分辨率。对实际地震信号的分析发现，它能更加真实地描述实际地震信号的高频衰减现象。