射频(RF)脉冲可实现样本自旋体系的精确操控,进而产生预期的核磁共振信号,在核磁共振中扮演重要角色。利用优化控制理论可以在多种约束条件下对脉冲进行优化设计,实现自旋体系的高保真状态迁移,从而获得理想的核磁共振信号。射频脉冲的幅度、相位特性与自旋体系操纵密切相关。通过对射频优化脉冲信号进行时频域特性分析,可以从脉冲时频域特性的角度解释磁共振射频脉冲的优化结果以及优化脉冲对多自旋体系的作用,从而验证优化算法的有效性,并指导我们更好地进行脉冲序列设计。本文的工作内容主要分为以下几个部分:利用拟牛顿法以及步长搜索算法对GRAPE算法进行了改进,通过改进的算法对宽带脉冲以及三自旋协作脉冲进行优化设计。经过仿真和实验证明,该算法优化设计得到的宽带脉冲在幅度限制的条件下相较于传统矩形脉冲在带宽范围内具有更高的迁移效率,而该算法设计得到的三自旋协作脉冲在适当的扫描脉冲数与持续时间下能够相互补偿获得极高的激发效率。引入短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)以及维格纳-威利分布(WVD)三种方法对几种磁共振射频脉冲进行时频域特性分析,讨论了不同条件对分析结果的影响,并比较研究了三种方法分析磁共振射频脉冲的优势与不足,为进一步分析优化脉冲做准备。对磁共振优化射频脉冲时频域特性分析和应用软件集成进行了研究,对前文优化得到的射频脉冲进行了时频域特性分析,从脉冲时频域特性的角度解释了优化射频脉冲能够获得较好激发效果的原因,从而让明了优化算法的有效性。通过时频域分析将优化射频脉冲分解为不同频率偏移处的子脉冲,并估算出优化射频脉冲作用后多自旋体系各自旋核核磁矩的翻转角,有助于我们理解优化射频脉冲对复杂多自旋体系的作用机制。另外时频域分析C++算法与自行开发的脉冲序列设计软件相结合可以使我们更好地了解不同优化脉冲的时频域特性,有助于我们设计出具有更好激发效果的磁共振脉冲序列,通过结合短时傅里叶变换与维格纳-威利分布对时频域分析算法进行改进可以在较好地抑制伪影的同时更加精确地反映脉冲幅度在时频域上的分布情况。