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针对超低信噪比的水下弱信号处理问题，基于稀疏分解理论，重点关注入射信号和回波模型等先验信息如何融入稀疏字典（过完备原子库）的构造，并结合匹配追踪方法，提出基于稀疏分解的水下回波信号处理方法。首先建立水下回波信号亮点模型，得到回波模型和入射信号的关系，对已知的发射信号进行离散化、能量归一化以及移位处理，构造适合回波信号自身特性的过完备原子库；然后基于匹配追踪算法实现水下回波信号的稀疏分解，并将处理结果与常用的匹配滤波方法进行对比分析。仿真结果表明，本文方法不仅能精确重构出原始回波信号，而且在处理超低信噪比水