随着现代海战环境转变为浅海,信道畸变对自导系统的性能提出了更高的要求,因此,研究时间扩展信道的回波信号处理理论和技术的各个重要方面是一个非常重要而迫切的问题。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。本论文以宽带相关处理、时频分析理论为基础,系统、深入地研究了时间扩展信道中信号处理的重要问题。主要研究内容包括: 1.系统地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,指明了宽带相关处理与宽带模糊度函数的一致性。 2.针对由于多径效应和海洋动力学引起的两个常见的畸变信道,从理论和仿真实验两方面系统地研究了信号的检测问题。从时间扩展畸变(Time Spreading Distortion,TSD)信道和频率扩展畸变(Fast Fading Distortion,FFD)信道的形成机理出发建立了目标回波的数学模型,指出TSD和FFD的最佳检测器分别为副本相关积分器(RCI)和分段副本相关器(SRC)。 3.以宽带模糊度函数为工具对线性调频信号和双曲调频信号在多径环境中进行了定性的分析,获得了多普勒宽容信号和时延尺度二维联合分辨信号。 4.以时频分析为工具研究了多径时延估计问题,利用Wigner-Hough变换(WHT)估计多普勒频移,提出了瞬时频域相关法估计多径时延,该方法对加性高斯白噪声具有较强的鲁棒性,并且运算量小。