水下宽频带回波信号具有携带目标信息量大、混响背景相关性弱、利于目标检测、参量估计、目标特征提取以及便于水声对抗和反对抗等诸多优点,因此,宽频带信号处理日益成为水下信号处理研究的重要方向和热点问题.该论文以时频分析理论为基础,系统、深入地研究了水下宽频带信号处理理论和技术的各个重要方面.主要研究内容包括：1.系统地、概要地研究了论述了宽带信号和时频分析的基本概念和主要性质,给出了点目标宽带回波模型,首次提出宽带回波的瞬时多普勒频移概念,并指出其表现为宽带频谱的移动与伸缩.2.研究了水下宽带信号的检测问题,提出了基于XWVD及WVD的相参及非相参检测器,讨论了非确知信号的检测方法,分析了检测器的性能及信号的时宽和带宽对检测性能的影响,并研究了不同情况下信号检测的最佳波形.3.系统地介绍了宽带信号瞬时频率估计的各种方法,重点研究了基于时频分析的瞬时频率估计方法,并对各种估计方法进行了比较.4.以时频分析为工具研究了宽带回波的时延估计问题,提出了WVD时频相关法、瞬时频域相关法和XWVD峰值估计法三种宽带回波时延估计方法,其中瞬时频域相关法能够在很低的信噪比条件（-10dB）下对宽带回波时延进行有效的估计.