浅地层剖面探测技术是海洋探测中最为重要的技术手段之一,可为海底地质调查、掩埋物探测、海底资源开发、水下工程选址、港口建设及日常维护等提供直观的数据信息。参量阵具有小孔径基阵相控发射低频、宽带、高指向性、无旁瓣窄波束的技术特点,可有效解决线性浅剖声呐受低频工作机制限制而存在的横向分辨率低、混响与噪声抑制能力差等技术缺陷,在浅剖探测领域具有与生俱来的独特优势。根据参量浅剖探测技术的特点,本文重点从矩形孔径参量浅剖声呐辐射非线性声场建模与数值计算、参量浅剖声呐宽带发射技术以及线性调频参量浅剖信号处理等三个方面对参量浅剖探测相关基础技术开展研究工作,分别解决参量声呐声场预报、参量浅剖发射系统设计与有效实现、高信噪比线性调频浅剖信号处理等问题。针对参量浅剖探测中使用的矩形孔径相控参量阵,采用KZK方程对参量声场进行建模与数值计算。推导了笛卡尔坐标系下的KZK抛物方程,并通过参数去量纲化法实现了扩散声场至非扩散声场的变换,在规范声场分布结构的同时优化了声场计算量;在分析得出时域法更适用于本文研究参量声场计算的前提下,基于算子分裂求解思想提出时域有限差分数值计算方法,并在非扩散声场中实现了自然指向性参量声场的建模与数值计算。以原频声场准直特性为依据,提出等效参量阵的概念并建立等效参量阵坐标系,通过等效参量阵自然指向性声场与参量阵相控声场间的等效关系,将相控参量声场的建模问题转换为等效参量阵声源条件的求解问题,实现了相控参量声场的建模与数值计算,解决了 KZK方程由于抛物近似而无法直接对相控参量声场进行建模的问题。以SES2000标准型参量浅剖声呐辐射相控参量声场为研究对象,计算机仿真与水池实验验证了声场建模与数值计算的正确性与有效性。参量阵技术和大功率宽带发射机技术是参量浅剖探测技术的重要组成部分,参量发射系统的有效工作是实现参量浅剖声呐优越性能的重要保障。在对浅剖用参量阵技术特点进行深入分析的基础上,论证得出Berktay模型更适合浅剖用参量阵设计,通过基阵优化设计分析并综合考虑基阵加工和发射系统实现的可行性,设计了一款中心频率40kHz、相对带宽50%、波束宽度3.2°×3.8度、差频频率2～16kHz的原理参量阵。基于△∑变换原理提出“FPGA+低阶滤波器”原频信号源设计方案,优化了 “FPGA+DAC+滤波器”的传统数字电路结构,采用一个I/O引脚与低阶滤波器即可实现一路高信噪比100%深度幅度调制原频信号的产生。联合原频信号源与并联推挽的乙类功率放大电路,确保了参量阵大于12.8kW的电功率驱动需求,同时与原理参量阵构建了一套完整的参量发射系统,水池实验验证了该系统带内原频声源级可达238.7dB、差频转换效率最高3.82%且具有15个脉冲信号扫描发射的能力,差频信号产生、原频和差频指向性、原频声源级线性度测试等实验验证了设计参量发射系统辐射参量声场非线性产生的有效性。最后,重点针对LFM信号开展参量浅剖信号处理技术研究。首先,从信源信号修正和回波信号修正两个角度分别提出时域修正法和频域修正法,解决了由于原频信号非线性自解调引起的LFM差频信号幅度存在12dB/倍频程变化的问题,分析了浅剖探测中两种方法的适用条件,得出频域修正法更适用于浅剖探测。其次,将FrFT技术引入浅剖信号处理,基于u域解线调理论提出时频域带通滤波与u域滤波技术相结合的联合滤波信号增强处理方法,在u域去除带内信号与噪声间的耦合,实现了传统滤波方法无法达到的带内噪声抑制效果。同时,提出u域解卷积的概念,推导了时间量纲化变换公式,实现了 u域沉积层冲激响应至时域沉积层冲激响应包络的变换,构建了基于FrFT技术的浅剖包迹获取方法。以最优阶FrFT为纽带,整合基于FrFT的信号增强与浅剖信号包迹获取方法,形成了一套完整的基于FrFT的LFM浅剖信号处理算法,仿真和实测数据处理验证了算法的有效性,算法处理性能优于传统的脉冲压缩和AR预测滤波浅剖信号处理方法。