随着世界各国对海洋资源开发、科学研究价值及战略地位认识的深入,海洋的关注度日益提高,大力发展海洋经济的口号孕育而出。在此背景下,我国亦提出“建设海洋强国”的战略目标,并在多次报告中提到“坚持陆海统筹,发展海洋经济,建设海洋强国”。其中,作为发展海洋经济的必要支撑手段之一,基于海洋无线传感器网络（Ocean Sensor Networks,OSNs）的海洋监测技术有利于提高海洋公共服务能力、智能船舶航行的环境感知能力,包括基于环境感知的灾害风险评估、基于海洋基础信息的目标态势感知与预测等,为海域安全保障、海洋环境保护、智能船舶的安全航行等活动提供了更好的技术手段和信息平台。在OSNs中,若感知的数据不带有位置信息,则该数据将变得没有意义。因此,如何获取较为准确的位置信息（定位）既是海洋监测应用的需求,也是研究OSNs的路由与拓扑等其它问题的基础,或是起到相辅相成的作用。然而,对于OSNs而言,如何在复杂多变的海洋环境中获取较为准确的目标节点位置信息是一个挑战。一方面,对于无法收到全球定位系统（Global Positioning System,GPS）信号的水下节点来说,往往需要利用布置在水面的带有GPS信息的节点通过水声信号辅助定位。但声信号在不均匀的水介质中传播,除衰减噪声以外,还有吸收噪声,严重影响了水下节点的定位精度。另一方面,若水面上都部署带有GPS信息的浮标节点,则相应的部署成本将增加。为减少部署开销,通常的做法是利用一部分带有GPS信息的浮标锚节点来定位水面上未知位置信息的目标节点,使其成为参考节点来辅助水下节点定位。然而,对于水面上通过无线电信号通信的节点来说,海洋环境高度动态性、海浪遮蔽效应等产生的非线性非高斯噪声、节点发射功率及信号传输模型参数的不确定性等因素亦会导致定位误差增大。为此,针对上述问题,本文从OSNs水面目标节点及水下目标节点定位两个方面展开系统性的研究,具体包含:1)为提高水下目标节点的定位精度,提出一种信息驱动的OSNs最优部署策略。针对水下混合噪声场景（衰减噪声与吸收噪声）,粒子化混合噪声,推导得到费雪信息矩阵（Fisher Information Matrix,FIM）的闭环表达式,并根据A-优化准则通过松弛操作求得基于FIM的目标函数可行解,进而得到一种在一定条件下可行的最优部署策略。通过实验验证该策略的可靠性,并进一步提出一种针对水下节点定位的水面节点最优部署;2)针对OSNs水面节点定位因较高动态性、设备老化产生的额定发射功率与实际发射功率的偏差导致的定位精度差等问题,提出一种发射功率未知的OSNs定位技术。将原非线性非凸的定位问题转化为在交替非负约束最小二乘（Alternating Nonnegative Constrained Least Squares,ANCLS）框架下的优化问题,通过一种有效集法（Active Set Method,ASM）在主动集与被动集中交换可行解索引,并结合最大最小化策略联合估计发射功率及目标节点位置;3)针对OSNs水面环境的信号传播参数不确定性带来的定位误差,提出一种OSNs路径损耗因子及目标位置的联合估计法。通过三次泰勒一阶展开式构建优化方程,随后引入相关的正则化参数和鲁棒性函数,将原优化问题分解为两个子问题,并结合一种块坐标更新（Block Coordinate Update,BCU）法在迭代中求解相关参数;4)提出一种改进粒子滤波（Particle Filter,PF）的OSNs多目标协同定位法。引入协同理论,通过最小化相对熵来得到一个优化参数,以此改进系统的似然函数。在迭代中利用改进的似然函数进一步优化目标节点位置,以解决OSNs中存在多个水面目标节点时,仅靠带有GPS信号的节点进行单一循环定位导致的定位效率低、定位覆盖率小等问题;5)针对水下节点因传输频率的提高而增加的吸收损耗,从而导致定位精度下降等问题,提出一种OSNs吸收效应抑制的定位技术。通过泰勒一阶展开式,将原定位问题转化为优化问题,结合约束条件构建广义信赖域子问题（Generalized Trust Region Sub-problem,GTRS）的优化框架,运用一种极大极小化操作重构优化方程,通过迭代求解目标节点位置,减小吸收效应的影响,提高定位精度。研究成果有助于提高OSNs在面对各种不利条件下的定位效率、精度及鲁棒性,为智能船舶的安全航行提供具有较为精确位置信息的环境数据,提升环境感知能力。同时,对于推动无线传感网定位在其它类似恶劣环境中的应用具有积极的指导意义,对丰富定位相关理论也具有重要的科学意义和学术价值。