针对现有盲源分离算法运算复杂度高、实时性差的问题,提出了时域重叠多输入/输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达信号分离算法。该算法通过局部多项式傅里叶变换,先对信号的调频率进行一级粗略估计,然后引导分数阶傅里叶变换在粗略估计值的领域内进行信号参数的二级精确估计,根据参数估计值生成参考信号,与原信号通过对消滤波器之后,消去时域重叠信号中的一个,依次进行下去,直到得到单一信号,从而实现了对时域重叠信号的分离。仿真实验表明,该算法降低了传统分数阶傅里叶变换(FrFT)算法的复杂度,并且在低信噪比条件下,能够对时域重叠的MIMO雷达信号起到快速分离的作用,在雷达对抗侦察领域具有较好的应用价值,为雷达对抗侦察领域中的单通道信号分离问题提供了一种解决方案。