针对模拟信号进行时延估计时相比解调过的信号更易受到噪声影响，导致出现误判点增多、正确峰值被掩盖等问题。本文提出采用奇异谱分解结合改进的广义相关法，降低高斯噪声对时延估计结果的影响。Simulink仿真实验表明，相比于解调信号时延估计法，该方法可在更低发射频率需求下得到同量级精度的故障类型和距离信息。在-5 dB高斯噪声环境下多次实验验证可得，相比二次相关法结果主峰值旁瓣比绝对值增加了0.6756 dB以上，误判峰值与故障点峰值比减少了0.2710以上，其他条件下亦有不同程度提升。

城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患, 一旦发生危险, 后果不堪设想, 燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题, 提出了一种基于时延估计的光栅阵列(wFBG)管道泄漏检测与定位方法, 该方法通过光栅阵列技术采集振动信号, 根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征, 首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏, 然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻, 最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明, 该方法能有效检测泄漏, 并且在测量距离为40 m的情况下, 定位误差在1 m左右。

针对混沌扩频时延估计中，使用现有方法运算结果峰值旁瓣比较低，且存在误判点较多，低信噪比导致线缆故障信号时延估计困难的问题，提出三阶累积量一维切片结合二次相关的时延估计新方法。将该方法应用于混沌时延估计中的Simulink仿真模型中，仿真结果表明，与现有的基本互相关、二次相关方法相比，该方法不仅可以在较低的信噪比下获得良好的估计效果，而且可以抑制相关背景噪声和非高斯噪声的干扰。其运算结果相比基本互相关运算结果主峰值旁瓣比绝对值增加了1.70 dB以上，误判峰值与故障点峰值比减少了0.133以上。该方法为混沌扩频检测光缆故障及其电缆故障提供了一种新的技术途径。

基于广义相关时延算法的被动声源定位技术, 其定位精度随着声源信号信噪比的降低而大幅下降, 且易受噪声和混响等因素影响。针对此问题, 该文提出了一种改进的二次相关时延算法, 该算法引入了最小均方差(LMS)自适应滤波器作为前端处理以获得高质量的信号, 并将信噪比作为控制参数对二次相关函数进行高次方运算, 使二次相关函数峰值锐化, 以提高当前广义二次相关算法的精度和鲁棒性。通过MATLAB进行不同信噪比环境下实验仿真, 结果表明, 该改进算法在低信噪比环境下能获得更精确的时延估计, 进而有效提高了声源定位精度。

在混沌扩频时延估计中，使用基本互相关的运算结果中会出现主峰值旁瓣比不理想、误判点峰值过高等问题。基于广义互相关（GCC）可以对信号进行前置滤波、适当消除接收信号中的噪声及干扰的影响，对广义互相关的三种常用加权函数进行分析，发现SCOT加权函数可以同时抑制发射信号与接收信号中的噪声。将三种常用加权函数应用于混沌时延估计的Simulink仿真模型中，仿真结果表明使用SCOT加权函数的广义互相关运算的结果优于基本互相关以及其他两种常用加权函数，其主峰值旁瓣比绝对值增加了0.9 dB以上，误判点峰值与故障点峰值比减少了0.2以上。

针对压电陶瓷在实现微纳运动中普遍存在的不确定非线性因素, 提出了一种新型的非线性鲁棒控制器。该控制器利用非奇异终端滑模控制实现了控制器的鲁棒性,采用时延估计技术实现了对未知项的实时补偿和无模型控制, 有利于工程应用, 并用鲁棒精密微分器实现对全状态的估计。运用Lyapunov稳定性理论证明了系统的闭环稳定性。半物理仿真实验表明, 该控制器能够控制压电陶瓷实现亚微米精度的运动控制。理论分析和实践证明, 提出的控制策略具有无模型、高精度和鲁棒性强的控制效果, 工程应用性强, 能有效应用于压电陶瓷驱动的微纳操作系统中。

定位参数的快速估计是无线定位系统的关键环节。针对超分辨时延估计算法计算复杂度较高这一问题，提出一种基于旋转不变传播算子 (PM)的时延估计算法。该算法首先对正交频分复用(OFDM)频域接收信号进行建模，然后计算协方差矩阵，再根据子载波流行矩阵的范德蒙矩阵属性，采用旋转不变 PM算法实现时延参数的闭式解，从而既无须特征值分解又避免了伪谱峰搜索，计算速度快。理论分析和仿真结果表明，该算法在计算量大幅度下降的同时，参数估计性能接近于基于旋转不变技术 (ESPRIT)估计信号参数算法，具有一定的可行性和有效性。

针对马赫泽德干涉系统振动事件定位性能有待改进的问题, 构建了双路马赫泽德振动检测系统, 分析了时延估计振动定位原理, 提出了用于双路探测信号时延估计的广义互相关算法, 增加了信号频域分析的灵活性和可行性, 通过数字滤波减小了系统的定位误差。实验结果表明, 系统可以准确检测与定位施加在传感光纤上的方波信号、冲击信号及敲击信号, 并在传感距离为940m长的光纤上实现了小于20m的定位误差和可重复的稳定检测。从而为光纤振动传感技术在矿业与工业等领域的推广应用提供了一种新的解决思路。

针对无源时差定位中的稀疏傅里叶变换时延估计算法在低信噪比条件下的抗噪性差和估值精度低等问题, 提出了广义二次相关稀疏傅里叶时延估计算法。算法在对信号进行稀疏傅里叶变换的基础上, 融合利用最小二乘拟合改进的广义二次相关算法, 在对信号进行快速处理的同时抑制了噪声的干扰, 使得时延估计算法的性能得到提高。仿真实验以及对实测数据的验证均表明改进算法具有较好的抗噪性以及时延估值精度。