在水下远距离目标探测研究中,分析目标回波是一种相对于水声成像而言更为有效的手段。然而,在利用主动声纳探测目标的过程中,目标回波与混响会混合在一起被声呐接收。根据混响的产生机理,仅从频域区分目标回波与混响是十分困难的。因此,人们采用时频分析手段,利用回波与混响在时频域内的区别实现目标回波检测。然而现有的时频分析方法,例如维格纳-威尔分布在混响抑制方面贡献十分有限,而且还受到多分量信号交叉项影响。因此,仅依靠传统的时频分析手段很难满足实际应用中低信混比下回波的检测要求。找到一种既能抗混响,又能抗交叉项的目标回波检测方法是十分必要的。本文依据目标回波的产生机理与回波亮点模型,结合发射信号的特点,论证了单亮点回波与多亮点回波在时频域内的分布特性,以及沉底目标的回波结构。随后结合混响的产生机理,讨论了混响在时频域内的分布特点。此外,本文还讨论了时频分析中交叉项产生的原理,并结合水声领域广泛应用的线性调频信号的数学形式推导出多分量线性调频信号在时频域内交叉项的表达式,并据此分析了交叉项的图像形态学特点。本文介绍了图像形态学的相关概念以及图像形态学的应用实例。讨论了形态学操作在图像处理中的具体作用,并结合前文提到的目标回波与混响的时频域特点,多分量信号时频域交叉项的特点,论证了利用时频域图像特点抑制混响和交叉项从而确定回波存在,以及混响背景下目标回波的参数估计这一类方法的可行性,为基于图像形态学的混响和交叉项抑制及目标回波的参数估计提供了理论基础。本文结合海上实验数据,分别设计了多分量信号交叉项抑制实验、混响抑制试验以及混响背景下的回波参数估计三个实验。实验结果验证了本文所提出的研究方法有效性,并且给出了不同信混比下本文所研究的混响抑制和参数估计的性能变化趋势。