پردازش زمان-فرکانس ابزار مناسبی جهت پردازشسیگنال های غیر ایستان مورد استفاده در حوزه های مختلف است؛ چرا که تغییراتفرکانسی سیگنال همراه با زمان قابل مشاهده است. انواع توزیع های زمان-فرکانس که بارویکردهای مختلف تاکنون طراحی شده اند، به دو دسته عمده وابسته و مستقل از سیگنالتقسیم می شوند. در این رساله هدف ما طراحی کرنل وابسته به سیگنال مبتنی بر سیگنالبه نویز است؛ چرا که قابلیت انطباق با سیگنال را دارد. در این رساله، ما کرنل یکتوزیع زمان-فرکانس را برای یک کلاس خاص از سیگنال ها با الگوهای فرکانس لحظه ایشناخته شده مانند مدولاسیون فرکانس خطی و سینوسی به طور بهینه طراحی می کنیم.ابتدا یک الگوریتم جدید برای تخمین فرکانس لحظه ای چنین الگوهایی معرفی می کنیم.سپس این روش یک کرنل وابسته به سیگنال را در حوزه زمان-تأخیر ارائه می کند که میتواند برای تخمین مجدد فرکانس لحظه ای سیگنال ها با دقت بیشتر مورد استفاده قرارگیرد. نتایج تجربی ما برای مدولاسیون فرکانس خطی و سینوسی نشان می دهد که کرنلوابسته به سیگنال پیشنهادی به طور قابل توجهی بهتر از سایر روش ها در تخمین فرکانسلحظه ای سیگنال ها عمل می کند و عبارات متقابل در صفحه زمان-فرکانس را که استخراجاطلاعات سیگنال را دشوار می کند، کاهش می دهد. روش دیگری که در این رساله پیشنهادشده است، مبتنی بر تنک بودن سیگنال در حوزه زمان-فرکانس است. این کرنل از حل یکمسأله بهینه سازی به دست می آید و عبارات متقابل را کاهش می دهد و در عین حال قسمتهای مفید مربوط به سیگنال را حفظ می کند. این بهینه سازی با معرفی یک تقریب کارآمداز نرم   L0و L1 و بدون هیچ گونه فرضی در مورد مکان های عبارات متقابل و اصلی در حوزه زمان-فرکانس

انجام می شود. نتایج حاکی از عملکرد بهتر این روش در تخمین فرکانس لحظه ای سیگنالدر مقایسه با چندین روش شناخته شده دیگر است.