本发明属于工业控制系统中的性能评估与故障诊断领域，具体提供了稀疏双时空非凸罚自适应Chirp模态交叉混叠分解方法，包括：获取待分解的快变混叠调频信号，计算所述快变混叠调频信号时间序列的分数阶数，构建目标成本函数模型，利用分裂布雷格曼迭代算法求解构建的目标成本函数模型，并依次解调得到快变混叠调频信号中的各个隐含固有模态分量及其时频图。本发明考虑原始模态频率交叉混叠信号的时间‑空间耦合特性与长相关特性，无需人为设置固有模态分量的个数，可有效缓解传统分解方法的断点效应问题，且该方法计算复杂度低，响应速度快，可操作性强，具有良好的工业应用价值。