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水下小目标主动声呐探测中存在缺乏目标先验信息、目标回波在不同入射角度下分布不均匀、散射成分严重混叠等问题,使得难以提取目标的稳定散射特征。针对复杂海洋环境下目标回波信号特征的不稳定性问题,本文围绕水下局部填充目标的声散射回波信号特征提取展开研究,依据声散射成分的机理与信号特性,分析目标回波中声散射成分结构,构建水下目标声散射信号特征数据库,为建立水下目标声散射模型提供基础,实现水下安静型小目标主动声呐探测与识别。基于目标声散射理论研究,当主动声呐发射长脉冲信号,目标回波中含有的几何声散射成分和弹性散射成分在时域和频域均存在高度混叠。本文提出采用解调预处理将目标声散射回波宽带信号映射为单频信号成分,窄带滤波器逐一滤出各个成分,实现混叠散射成分分离。仿真目标回波以及水池实验数据处理结果同时验证该方法对目标声散射成分分离的有效性。但是在缺乏目标先验信息时,无法识别散射成分的数目以及种类,针对这一问题,结合声散射理论基础,依据几何声散射成分和弹性声散射成分频谱结构差异,本文提取了中心频率、-3dB带宽、分数带宽、频谱质心与频谱通量等五种频谱特征,采用欧氏距离进行特征评价,对各散射成分进行分类识别。提出采用高分辨谱估计的方法,对分离出的目标几何声散射成分进行时延估计处理,从而获得散射成分的精确时序估计值。仿真与水池实验数据处理结果表明,构建的特征向量能准确实现成分分类,具有较好的分类性能,通过测频获取目标回波中几何散射成分的时延信息,从而得到几何声散射成分的精细时序结构。对于目标回波空间分布不均匀现象,采用本文的处理流程对目标全角度回波进行散射成分分离,从而解决成分混叠,并依据提取的频谱特征实现散射成分分类,获取独立的几何散射成分和弹性散射成分。利用高分辨谱估计对分类获得的几何声散射成分进行时延估计,得到目标全角度的几何回波时延的精细结构,进一步分析目标几何回波随入射角度的变化问题,;获取全角度弹性散射成分的角度频谱图,依据目标弹性回波的中频增强特性,来定性判断目标回波分离结果的有效性,得到的图像特征也可作为区分人工和非人工目标的重要依据。实验数据处理结果表明本文提出的方法的合理性。本文中提取了反映目标散射特性的信号特征,构建目标几何声散射全方位模型及弹性声散射角度频谱特征模型,使之适用于实际目标的探测,为水下目标探测的提供技术基础。