随着各种定位系统应用的日趋广泛，以及军方和民用的应用需求，水声定位系统的研究成为定位系统中新的热点。本论文结合在研项目，通过对水声定位中测距、测向技术的研究来实现对水下运动目标航迹测量这一目标。 论文首先对水声定位技术的现状及发展进行了综述，然后对水下目标航迹测试系统的理论知识进行了研究，其关键技术包括：测距方式、波形选择、四元十字阵定向原理、时延估计技术，并进行了详细的讨论。结合工程实际需要，选择了适宜的合作声信号形式，以及测距方式；在四元十字阵定向模型以及讨论的各种时延估计算法以及合作声信号的特点基础上，对相位谱法的算法作了修正，对比仿真结果证明：该算法定向精度较高。 在测向及测距的理论基础上，对如何实现该系统做了详细论述。本文设计的系统以单片机、DSP、CPLD为核心器件，完成对水下合作声信号的采集以及处理。论文重点讨论了系统的工作原理和关键技术，包括合作声信号的产生、功率放大及匹配、前置放大、A／D采样、同步钟测距、DSP信号处理等电路的设计。为满足实时性和精确性的要求，系统采用TI公司的TMS320VC5409芯片作为核心DSP芯片，完成了测向任务。 最后通过实验室调试，验证了系统软硬件设计的正确性，并在西北工业大学消声水池完成了系统的性能实验，通过实测数据对设计的方案的正确性进行了验证。 该系统能准确的探测水下目标的运动轨迹，对其作改进，可以在民用领域发挥一定作用，具有广泛的应用前景。