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随着我国近年来对深海资源勘探需求的增大,勘探设备对声纳系统的性能也有着更高的要求,一方面需要提升探测距离与距离分辨率,另一方面需要对具有随机性质的接收信号进行参数估计分析,从而减小来自传播媒介的随机扰动、运动目标的反射等影响。双曲调频（Hyperbolic Frequency Modulation,HFM）信号具有良好的脉冲压缩特性,解决了探测距离与距离分辨率之间的矛盾,与此同时HFM信号具有多普勒不变性,能使回波信号仍与匹配滤波器完全匹配,且信号参数保持不变。本文从利用信号特征与追求估计性能这两个角度对水声环境中HFM信号的参数估计方法进行研究,内容包括:（1）本文详细介绍了HFM信号的基本特性,并证明该信号在水声环境中应用的有效性。与此同时,为了得到HFM信号特征,本文介绍了几种常用时频分析方法,并分析对比了不同方法下HFM信号的时频分布结果。此外,本文推导了HFM信号参数估计的Cramer-Rao下界,作为本文参数估计性能的评估标准。（2）本文利用HFM信号特征,提出了一种基于Hough变换的映射方式,使得时频分布结果中反映HFM信号瞬时频率的双曲线能被检测及参数估计。最后本文基于HFM信号的时频分布特征提出一种筛选过程,提升了Hough变换的计算效率与参数估计精度。实验结果表明,该方法能较好地对HFM信号进行参数估计,在信噪比为7d B时,HFM信号调频率k及初始频率f0的参数估计均方误差分别达到-60d B与-72d B。（3）为了追求参数估计性能,本文构建了HFM信号的似然函数,并基于该似然函数对比了几种常用最优化算法的估计精度,最后根据算法的优化过程与似然函数向量化特点提出了改进的适应度函数,能在保证参数估计精度的同时降低算法计算复杂度。实验结果表明,相比于改进前,本文所述方法在信噪比为-7d B以上时,HFM信号调频率k及初始频率f0的参数估计均方误差更逼近Cramer-Rao下界,且运算量约是原来的三分之一。