海洋计量体系在国家计量体系中发挥着巨大作用,目前声学测量技术在海洋计量研究中占据关键地位,精确获得海水声速是声学测量技术的核心。海水声速受环境影响较大,为了能够对声速测量算法进行针对性研究,本文主要研究了纯水常压下获得声速的算法。本论文采用时差法进行声速测量,在距离已知下,超声波传播时间精确测量是影响声速测量的关键,在此基础上,采用基于超声波回波包络模型的传播时间测量方法。具体工作如下:(1)通过分析超声波接收信号的数学模型,设计了回波包络模型的超声波数字化描述方法:首先,采用改进的小波阈值法对回波信号进行去噪,根据回波信号特点,对小波阈值去噪的基函数选取和阈值选取规则进行研究,并提出了改进阈值处理函数,在此基础上,利用希尔伯特变换原理获取实际超声波回波包络。(2)采用改进的粒子群优化算法求解关于信号包络参数的最小二乘目标函数达到最小值时对应的超声波传播时间。建立超声波回波包络信号粒子模型,构建用于评价粒子的最小二乘目标函数;为避免标准粒子群优化算法所存在的诸如参数设置、“早熟”问题及不稳定性问题,引入惯性权重动态调整策略对其进行改进,改进粒子群优化算法使得粒子的全局搜索能力以及局部搜多能力增强,从而使得粒子的收敛速度、精度得到提升,为精确估计超声波传播时间提供有效方案。(3)设计基于回波包络模型的声速测量实验系统。精密电控位移平台实现实验中超声波传播距离的精确测量,利用标准铂电阻温度计和精密温度测量电桥对水槽中温度进行时刻监测。搭建实验平台进行基于回波包络模型的声速测量实验,分析处理实验中采集的数据,验证了利用回波包络模型进行声速测量的结论。获取大量的实验数据对其进行分析,在温度恒定纯水中,本文方法获得声速标准差为0.0831,优于互相关法和标准粒子群优化算法。