时频分析是分析处理非平稳信号的有力工具，它将信号表示成时间和频率的联合函数，揭示信号的时变谱特征。以时频分析为核心算法的微波干涉测量系统是一种有效的弹丸膛内参数测量方法，微波干涉测量系统是以多普勒原理为基础，通过解算弹丸回波信号的瞬时频率来确定弹丸在膛内的运动参数，此项工作主要应用在靶场测量，是提高火炮性能的重要保障。所以，对这种理论算法的深入研究是非常有意义的。本论文的所有工作都是围绕弹丸回波信号时频分析理论和算法而展开的。本文首先阐述了多普勒效应和瞬时频率的基本定义，讨论了瞬时频率在弹丸测速中的应用，简单综述了时频分析方法的基本概念及性质。其次研究了信号时域端点检测方法“短时能量法”和“短时过零率法”，根据雷达回波信号的特点，采用多级多门限的检测方法对实测弩箭回波信号进行起始点检测，达到较好的效果。最后研究了多速率算法在弹丸回波信号瞬时频率估计中的应用，分析了雷达回波信号在时频分析中频率分辨率问题，引出多速率处理方法与时频分析方法相结合的算法思想，论文提出了一种频段划分方案，通过分段重采样来提高回波信号时频分析时的频率分辨率，从而提高瞬时频率解算精度，通过仿真实验和实测信号验证，此算法不但可以有效地提高信号在低频段的瞬时频率估计精度，而且具有较强的抗噪性能。