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非平稳信号广泛存在于很多实际场合中，比如如语音、雷达和声纳中的线性调频信号，时频分析是处理非平稳信号的一个强有力的工具。对于阵列信号处理中的时变信号，时频分析也有其应用价值。本文讨论了时频分析在处理阵列信号处理中的时变信号中的应用。通过构建空间时频分布矩阵，和传统的阵列信号处理方法相结合，从而得到一种新的时频域的波达方向估计方法。在分析时频MUSIC和空间时频分布矩阵的基础上，给出了几种改进的方法，通过正确选取时频点，抑制交叉项，加强时频分布矩阵的对角化结构特性，从而提高了DOA估计的精度和性能。并进行了仿真分析和验证。