由于海面海底的影响，水下声信道产生边界反射，声信号在海中传播呈现多途特性。多途时延可用于目标定位，本文主要讨论了水下目标被动定位中的多途时延与深度估计问题。 论文的第一部分以射线声学为模型，简要介绍了点源声场和水声信道的特性。第二部分主要讨论了未知信号的多途时延估计的原理。基本自相关是一种较好的方法，但是它主要用于低信噪比下存在一个多途传播的情况。对于较多的传播路径，广义自相关多途时延估计法(GAE)有着较好的估计性能，近似于最优估计，在不同信噪比条件下，给出了仿真结果。对于存在线谱干扰的情况，研究了另一种非线性功率谱分析方法，即倒谱法。同时还研究了多途时延估计的方差下界，以及不同因素对时延估计精度的影响。在信噪比大于门限值时，方差达到克拉美罗方差下界(CRLB)，否则Ziv-Zakai方差下界(ZZLB)能更好地描述估计方差。第三部分是深度估计与仿真数据处理。利用虚源原理，给出了单基元和双基元距离与深度估计方法，分析了时延估计误差带来的深度估计误差以及其它参数对估计精度的影响，最后对利用海洋宽带多途阵列信号软件得到的仿真数据进行了处理。针对恒定深度或深度变化目标，给出了估计结果。由于实际情况更复杂，对实际数据的处理还需作进一步的研究工作。