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为优化离散小波变换在机械设备非平稳周期性故障特征提取的时频局部化能力，研究了一种时频域的双树复小波构造方法。通过调整复尺度函数滤波器的频率响应函数，获得初始滤波器的冲击响应向量，然后从时域上利用迭代优化算法增强构造结果的正交性，来进一步抑制能量泄漏，从而可在零消失矩下保证构造结果的正则性。数值仿真表明，时频域构造方法具有低能量泄漏的特性，在重型车床主轴箱齿轮系的振动信号应用中，可有效地提取由滑移齿轮装配间隙引起的微弱周期性调制特征，提取效果明显优于经典Daubechies规范正交小波，以及纯粹时域构造的双