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本发明公开了一种极地冰下目标声回波信号时延和多普勒联合估计方法,步骤1:构建托普利兹字典矩阵V=[v1…vk…vn]作为发射声信号的时延状态矩阵;步骤2:将矩阵V进行重采样扩展为具有多普勒分辨力的托普利兹字典矩阵组W=[V1…Vi…Vd],步骤3:利用加权迭代最小二乘求解超定方程Y*=WH,得到待估计时延矩阵H,Y*表示包含脉冲噪声的接收声回波信号矩阵;步骤4:对H进行截取得到最终的时延及多普勒估计结果。本发明有效的提高了估计精度使其可以在极地脉冲噪声背景下,拥有更鲁棒的估计结果,同时可以在时延估计的同时得出多普勒估计结果。