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本发明给出了一种变速目标运动状态信息获取方法和系统,属于信号处理技术领域,该方法包括:获取光子响应时间数据流,以确定光子到达时间0?1序列;对光子到达时间0?1序列进行时间窗分段;对每段时间窗内的光子到达时间0?1序列进行稀疏度自适应压缩感知重构,得到各段时间窗的数字中频信号频谱;对每段时间窗的数字中频信号频谱依次进行密度聚类、数字滤波处理和线性插值拟合;对线性插值拟合后的各段时间窗的数字中频信号频谱进行时间拼接,以确定光子到达时间0?1序列的时频分布图;根据光子到达时间0?1序列的时频特征分布图,确定变速目标运动状态信息。本发明能够快速、准确地提取出变速目标的运动状态信息。