主动声纳是目前水下目标探测与环境测量的主要手段,在海洋开发与国防领域应用广泛,尤其随着潜艇等水下目标减振降噪技术的不断发展,主动声纳在远距离水下目标探测方面更显重要。基于脉冲压缩原理,宽带信号可以获得更高的匹配处理增益和距离分辨率,但海洋信道多径及运动尺度目标频率扩展等因素导致信号畸变,严重影响了匹配处理效果,同时常规匹配处理方法对宽带信号的多普勒敏感度弱,降低了速度估计性能。因此提高宽带主动声纳对运动尺度目标回波的处理性能一直是水声领域的研究热点和难点。本文通过分析目标形态及环境因素对回波的影响,从发射波形参数优化、运动尺度目标回波处理、扩展信道下的匹配接收、多径信道脉冲响应估计等角度,提出了多种对宽带畸变目标回波的检测估计方法,提高了宽带运动尺度目标回波在多径信道下的检测与估计性能。主要研究内容和工作如下:（1）分析了主动声纳发射信号的分辨性能,为最佳波形参数选择与结构设计优化提供理论基础。基于模糊函数与匹配相关的等价关系,通过窄带、宽带和大时间模糊函数分析了声纳信号在使用不同检测方法时的性能优劣,为实际应用中目标回波形式变化后的检测结果做出预判。研究结果表明宽带多普勒信号的宽带匹配检测效果较好,如具有多普勒不变性的双曲调频信号非常适用于动目标检测,但却存在时频耦合的现象;长脉宽信号在检测时受加速度的影响不能忽视。据此采用多种信号组合的方法,设计了以频率、带宽、脉宽、重复脉冲数、脉内调制方式等为输入的模糊函数计算方法,提出了基于时间、频率及多普勒分辨率的主动声纳信号优选方法。（2）研究了运动尺度目标时频扩展散射特性及分集检测方法,提出了改进的宽带回波匹配测速方法。采用板块元法描述尺度目标散射回波,并给出等效的多亮点目标宽带回波形式。根据回波信号特点,提出采用基于波形分集和扩展特性分集的两种匹配检测方法,从而实现大时间带宽回波的有效检测,克服目标尺度、速度造成的回波时间、频率扩展影响。同时,针对双曲调频信号的多亮点目标回波混叠造成宽带测速性能急剧下降的问题,提出了变窗长动态压缩宽带回波匹配测速方法,通过给回波信号动态加载变长的时间窗,提高主亮点成分在回波中的比重,改善宽带混叠回波的测速性能。（3）研究了多径多普勒信道下的回波检测,提出低频低信噪比信道脉冲响应估计及修正匹配检测方法。论文基于射线声学建立了运动目标多径信道稀疏模型,针对宽带信号在多径多普勒信道下的畸变以及在低信噪比条件下信道脉冲响应估计困难的问题,提出了迭代分数傅里叶变换多径信道脉冲响应估计方法,利用分数傅里叶变换对线性调频信号调制率的敏感性估计多径信号中的多普勒因子及对应的时延参数,最终由信道估计结果对匹配处理信号进行预畸变。在信道扩展量未知的情况下,提高了扩展信道下的目标回波检测性能。最终,基于高速信号处理机平台设计并实现了实时主动声纳目标探测与参数估计实验系统。该系统分为阵列信号预处理、回波检测和目标特征估计几个处理流程。回波检测流程中,在目标时频扩展信息已知的情况下,可根据信号分辨单元选取合适的发射波形并分集处理回波信号;在不确定目标扩展信息的情况下,可在目标运动速度、尺度延伸范围内分集处理回波信号。在信道扩展信息已知的情况下,可对应选择拷贝相关、副本相关累加、分段匹配相关、时频副本相关的最佳匹配接收方法;在不确定信道扩展信息的情况下,可选择帧间回波匹配的接收方法,或者由信道脉冲响应估计进行回波修正匹配。目标特征估计将给出径向速度、尺度等一系列目标参数,其中目标速度估计一般使用宽带匹配测速方法,特殊信号形式可选择对应的改进测速方法。最后通过实例验证了系统各个功能模块运行的实时性正确性。