在短基线声速测量系统中，通过测量声信号在基线间的渡越时间，可以获得声速量值。在信噪比和测量链特性一定的条件下，选择合适的发射信号波形，能够提高声速测量的精度。问题是什么信号波形才能使得测量误差最小？本文将此问题称为声速测量中的信号优化（设计）问题。以此为主题，论文重点研究了以下四个关键技术问题：　　1．高信噪比条件下发射信号优化问题。测量信号优化问题复杂，涉及到信号类型、测量链传递特性、优化准则和计算方法等多个元素。按照从简单到复杂的思路，首先研究最简单情景——高信噪比条件下信号优化。除发射信号能量受限外，高信噪比条件相当于无约束优化。如何将发射脉冲参数化表示，结合测量链的传递特性，与测量误差联系起来，从而建立优化准则，导出最优化目标函数，给出最优脉冲参数求解算法，是论文首要解决的关键问题。　　2．给定信噪比条件下发射信号优化问题。实际测量过程中，信噪比较低可能导致粗大测量误差。对于给定的信噪比，是否存在某种发射信号，能回避粗大误差、使测量精度最高？在优化准则下，如何将信噪比等价为优化约束条件，针对信号模型参数，给出有效计算方法，是测量信号优化中的又一关键问题。　　3．长脉冲测量信号优化问题。加长发射脉冲时间宽度，可以直接减小测量误差，但同时使得优化算法复杂度急剧上升、并有可能导致算法病态问题。当脉冲长度足够大时，接收测量信号呈现稳态特性，优化模型中的系数矩阵趋近对角化矩阵形式；如何针对此特征，防止算法病态现象，提出稳定、实用的优化算法，是完善测量信号优化设计的关键问题。　　4．声速测量链传递特性标定问题。测量链的特性决定了接收信号与发射信号之间的函数关系，从基础上影响优化结果。测量链中换能器及其配套电路具有较为复杂的储能特性、换能特性和频带特性，要适用于短脉冲、精确标定其传递特性具有一定的难度，因而成为一个基础性关键问题。　　为解决上述关键技术问题，论文建立了测量信号模型和误差模型；与误差最小化等价，建立了测量信号灵敏度最大化准则。提出了一种适用于高信噪比的最优发射脉冲设计方法，一种适用于限定信噪比的波形迭代设计方法，一种适用于长脉冲的波形优化方法，一种基于 Laguerre函数的测量链特性标定方法。此四种方法分别作为四个关键技术问题的解决方案，均具有理论有效性，并通过仿真和实验检验了技术可行性，是声速测量信号优化设计的高效解决方案。