声波是目前唯一能够在海洋中远距离传播的信息载体，被广泛应用到水声工程领域。然而，实际水下声信道中，自然和人为活动等产生的声波，在传播过程中与海面、海底、水体等发生相互作用形成一个复杂的背景噪声场，严重限制了声波信号有效、稳定的传播，给信号的接收、检测、估计和处理带来了很大的挑战。且浅海环境中，由于海水介质不均匀、海水温度随深度变化明显，上述影响进一步加剧。阵列信号处理技术利用信号的空间特性，在水下信号处理方面体现出了优势。本文在研究过程中，充分考虑水声信号的种类、状态和性质等因素，结合优化理论、噪声抑制技术以及波束形成理论，探索提升水下信号接收性能的信号处理方法。主要创新工作如下：
　　1、提出一种基于自适应窗口中值滤波联合小波阈值优化的水声信号去噪方法。水声信道中的高斯/非高斯脉冲噪声严重影响水声通信的质量。常见基于高斯噪声模型的去噪算法，难以适用于高斯/非高斯脉冲噪声共存场景。因此，本文提出了一种基于自适应窗口中值滤波联合小波阈值优化的水声信号去噪方法，记作AWMF+GDES算法。首先联合对称?稳定（Symmetricα-Stable，SαS）分布和正态分布模型描述水声信道中高斯/非高斯脉冲噪声；并提出了一种自适应窗口中值滤波法（Adaptive WindowMedian Filter，AWMF），抑制非高斯脉冲噪声；然后基于佳点集与动态精英种群联合模拟退火的人工蜂群（Artificial Bee Colony based onGood Point Set and Dynamic Elite Group Guidance Combined Simulated Annealing Selection，GDES-ABC）算法，提出一种小波阈值优化方法，抑制高斯噪声。仿真结果表明，所提GDES-ABC优化算法收敛速度更快，收敛精度更高；基于AWMF+GDES的水声信号去噪方法可获得更高输出信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）和噪声抑制比（Noise Suppression Ratio，NSR）。
　　2、提出一种抑制多个非稳定次高斯干扰源的波束形成方法。传统波束形成方法可以有效抑制水声通信过程中的高斯干扰源。然而，实际水声信道中，可能存在导致传统波束形成方法性能下降的多个非稳定次高斯干扰源。为解决这一问题，本文综合考虑干扰源数量、状态和性质等因素，通过最小化接收数据的lp范数，并在干扰源波达角（Direction of Arrival，DOA）可能存在范围内设置波束零陷，建立SMUSGI波束形成约束优化问题。然后基于优化理论，求解得到波束形成器最优权向量。与以往波束形成器相比，本文所提方法有效抑制了水声通信过程中的多个非稳定次高斯干扰源，可获得更高的输出信干噪比（Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio，SINR），更快的收敛速度，以及更强的普适性和鲁棒性。
　　本文研究成果为解决复杂海洋环境下水声通信系统性能下降等问题奠定了坚实的理论基础，同时可促进高速可靠水下无线传输系统的开发与应用，兼具理论价值和实际应用价值。