近年来，随着海洋资源的开发利用和海洋经济的迅猛发展，我国近海水域安全防御维护事态严峻，部分国家蓄意挑起领土争端，侵占我国主权岛屿活动日益猖獗。重要海域及基础设施常有敌方潜艇、水下无人潜航器和蛙人等水下攻击目标蓄意入侵、渗透侦查和破坏，对我国港口、码头和军事设施等目标构成了重要威胁。如何快速、高效地监测、识别水下入侵目标体，提高港口等重点设施对水下目标等警戒防御能力迫在眉睫。　　磁探测技术作为水下入侵、藏匿目标体的常见探测方式之一，与声学探测方法相比，具有探测无源性、隐蔽性能好、探测目标广泛、浅海抗干扰能力强、定位精度高等优点，能够有效弥补声学浅海探测方法缺陷。因此磁探测技术可为我国沿海港口、码头以及重要军事港口等水下重要基础设施的安全警戒防御提供保障，是浅海地区可靠的探测技术。　　本课题主要围绕国家国防重大需求开展了水下目标磁信号的处理方法研究，重点研究了利用磁异常/轴频信号对目标体的探测、识别及定位跟踪方法，论文的主要工作和创新性成果如下:　　（一）研究了目标磁异常和轴频信号的产生机理，分析了目标磁矩方向的影响因素以及目标磁异常强度的估算方法，利用ANSYS Maxwell3D软件仿真分析了磁性圆柱壳体产生的感应磁场及其分布特征;将轴频信号源等效为水平电偶极子，推导了海水中的水平电偶极子在空气、海水和海床三层介质中的磁场解析表达式，并通过快速汉克尔(Hankel)变换计算了磁场的数值解，通过分析轴频磁场信号的传播衰减规律，从理论上验证了探测目标轴频磁场的可行性。　　（二）利用Anderson函数计算了目标磁异常信号频率的方法，分析表明磁异常信号频率与目标或者磁场传感器运动速度以及二者之间距离相关。研究分析了轴频磁场信号时频域特征，结果表明轴频信号可以看作低频调幅信号，其中信号基频为目标螺旋桨转动频率，信号幅度与目标周围电磁介质分布有关。　　（三）针对实际探测环境中存在的非平稳干扰噪声，提出了目标磁信号探测预处理方法，并且研究了4种噪声抑制方法:　　(1)利用自回归模型白化滤波有色噪声，并根据AIC准则设计优化了白化滤波器阶数，通过实测的地磁噪声数据验证了白化滤波效果。　　(2)研究了磁异常信号（受地磁噪声干扰）的白化滤波对匹配滤波探测影响，实验对比了白化和未白化滤波处理的磁异常信号匹配滤波探测效果。　　(3)针对轴频信号的窄带特性以及环境噪声的宽带特性，研究了利用自适应谱线增强滤波方法(ALE)探测轴频磁场信号，实验验证了ALE方法可以有效地分离轴频磁场信号和宽频带的背景磁场噪声。　　(4)提出了一种自适应相关噪声滤波器抑制地磁噪声，该滤波器可以实时计算测量点和参考基站处地磁噪声的空间转移函数，自适应地调整滤波系数。实验结果表明该滤波器噪声抑制能力可达到20 dB以上。　　（四）研究了基于磁异常/轴频信号提取目标特征方法，主要包括关于目标磁矩与特征矩离、运动方向以及轴频3种目标特征的提取方法:　　(1)利用有限时间统计矩方法提取了磁异常信号中目标磁矩和特征矩离，并通过仿真实验验证了该方法的有效性，仿真结果表明在磁异常信号信噪比为40 dB时，目标磁矩和位置相对偏离误差分别为6.57％和2.02％。　　(2)提出了利用磁异常信号识别磁性目标运动方向的新方法，推导了识别磁性目标运动方向的指数，仿真实验表明在信噪比为9 dB以上时，方向识别指数可以准确地识别磁性目标运动方向，外场实验验证该方法对饱和的磁异常数据同样有效。　　(3)提出了利用CEEMD模态分解方法探测低信噪比的轴频磁场信号，并利用希尔伯特(Hilbert)变换计算了轴频信号时频谱图，获得了高分辨率的时频谱;地面和机载轴频信号探测实验表明CEEMD方法可以自适应的分离轴频信号的基波和谐波分量及外界干扰噪声。　　（五）深入研究了基于磁异常信号的磁性目标定位和跟踪方法。将磁性目标等效为磁偶极子，建立了磁性目标定位、跟踪模型。主要研究了2种方法:　　(1)将磁性目标的磁矩和位置作为反演参数，提出了利用Levenberg-Marquardt(LM)算法对磁性目标进行定位并估计目标磁矩。仿真实验结果表明在信噪比大于30 dB时，目标磁矩和位置估计误差均小于1％;机载磁异常实验结果表明，在未滤除地磁背景噪声条件下，实验目标位置和磁矩幅度估计偏离误差分别为5％和9％。　　(2)将磁性目标的实时位置、磁矩和运动速度作为目标状态变量，在卡尔曼滤波框架下实现了对运动磁性目标的跟踪建模，分别利用扩展卡尔曼滤波(EKF)和无味卡尔曼滤(UKF)实现了对匀速直线运动的磁偶极子的跟踪，分析对比了EKF和UKF算法的跟踪效果，仿真结果表明UKF参数估计精度高、收敛速度快，适合于磁性目标的定位和跟踪。