随机共振是非线性系统、随机噪声和输入信号之间产生的一种奇特的协同现象,它反映了噪声的积极作用.本文在水声信号处理的背景下,从随机共振物理机理与信号处理的角度,从理论、信号检测、阵列处理、图像增强等四个方面研究了随机共振理论及其在信号处理中的应用,这些研究对于随机共振理论和应用的进一步发展,以及对我们的主要工作—水声信号处理都很有意义.为了使随机共振理论走向实用化,本文在随机共振系统的参数最优化方面作了大量深入的研究工作.分析了双稳态系统最优输出时系统参数间关系,据此得到了一种调节系统参数的简单方法;针对一般的有记忆系统只能处理单频或窄带信号,并且对低频信号增强更有效的情况,我们将高频或宽带信号子带分解后移频至基带,能够很好地解决这个问题;建立了微弱图像增强的性能度量方法,并以此为基础,提出了基于噪声样本集合的参数选择算法,并能够推广到其它的随机共振系统和信号类型.本文对随机共振检测器进行了深入的探讨,对高斯噪声、非高斯噪声下的最优线性、最优非线性以及随机共振检测器作了详细的分析.