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随着实际应用需求的转变及相关基础科学理论的发展，水声信号处理正朝着浅海环境下宽带主动声纳信号处理的方向发展。在研究主动声纳宽带信号检测问题时，水声信道的时、空变化特性对宽带信号检测性能的影响是不容忽视的，信道的多途传播将引起回波的时间扩展，信道的快速起伏将引起回波的多普勒扩展。本论文结合实验室承担的项目任务，主要研究频率扩展信道、时间扩展信道和时间频率双扩展信道三种畸变信道下的宽带信号检测问题，重点讨论当各种畸变信道的扩展特性未知时，如何有效地解决各种检测算法的失配问题，提高检测器的稳健性；以及针对时间频率双扩展信道，如何对信道建模并实现有效检测。本论文的基本内容和主要创新点如以下几个方面：
(1)研究了宽带信号的特点，阐述了宽带信号处理的基础理论，包括宽带目标回波的模型、宽带相关处理和宽带模糊度函数等方面；讨论了水声信道的二阶统计特性，定义了表述信道传输特性的若干参数，并根据这些参数对信道进行分类；分析了理想信道的最佳似然比检测器为副本相关器，并分析了其检测性能。
(2)针对频率扩展信道，研究了其最佳似然比检测器SRC(Segmented ReplicaCorrelator)的检测性能，并用数值仿真进行验证。提出了多重假设SRC检测算法，解决了频率扩展信道的相干时间未知时SRC失配的问题。该算法提高了SRC的稳健性，并能简单快速地估计信道的相干时间。
(3)针对时间扩展信道，分析了此种畸变信道的起因，研究了其最佳似然比检测器RCI(Replica Correlation Integration)的检测性能；提出了一种基于Page Test的序列检测算法，该算法将时间扩展信道下的回波信号建模为一个双边变化的过程，不需要信道扩展时间的先验知识，就能实现有效检测，另辟其径，解决了RCI的失配问题。
(4)针对时间频率双扩展信道，建立了抽头延迟线模型和信道网格模型。在双扩展信道网格模型的基础上，提出了一种基于短时傅立叶变换的时频副本相关器(Time-Frequency Replica Correlation，简称TFRC)，该算法是针对双扩展信道的宽带时频处理框架，具有能很好地匹配信道的时变特性并充分利用宽带信号的优点，数值仿真表明RCI和SRC都是TFRC的特例，并验证了TFRC的有效性。
(5)将网络通信领域的时频对偶理论(Time-Frequency Duality)运用到畸变信道回波检测问题中，研究了各种畸变信道的关系。当发射信号是具有平滑相位函数的调频信号时，时间扩展信道与频率扩展信道对回波的影响是等价的，满足时频对偶理论，因此，两种不同畸变信道的检测方法可相互借鉴。