水下目标的被动定位技术一直是水声学领域的热点和难点,尤其是水下目标的深度估计这一难题的解决手段相当有限。匹配场定位是解决该难题的经典方法,在实际应用中其性能受限于海洋声学环境模型建立的准确性。但是海洋环境是时空变化的,各种现实原因导致海洋环境实时的三维立体观测难以实现。因此水下目标定位通常都是在海洋环境观测的历史数据以及现场单点测量部分海洋环境信息的基础上展开的,定位性能无法得到保证。针对水下定位所面临的这一难题,本课题一方面研究环境参数失配对匹配场目标被动定位性能的影响,为试验时重要环境参数的采集提供参考;另一方面在研究海洋声传播基本物理规律的基础上,发掘在不充分海洋环境参数情况下的水下运动目标的速度、距离、深度估计技术。本文的主要研究内容和创新点如下:1、介绍了简正波模型和波数积分模型的基本理论,探讨了波数积分模型的快速场近似积分数值解法,研究了Green函数的简正波模式展开理论,并对Green函数与声场的转换关系进行了理论及数值仿真的研究。2、通过数值仿真评估了环境参数失配对宽带相干、非相干的Bartlett、MVDR匹配场目标被动定位性能及结果的影响,结果表明:水深失配和声速剖面失配对匹配场被动定位性能的影响最大,非相干宽带匹配场定位的误差与水深失配量成正比关系。并利用国际公开的SWellEx-96试验的21基元垂直线阵数据进行了宽带MFP目标定位,处理结果验证了仿真实验的结论。3、在研究海洋声干涉规律的基础上,基于声场在水平方向的互相关结果呈现周期与目标的径向速度有关的干涉条纹这一特性,研究了无需环境先验信息的目标速度估计技术,在接收信噪比不小于3dB时,仅通过单水听器、单频信号处理即可实现。仿真实验实现了目标速度的准确估计。使用试验数据进行处理,估计的目标径向速度与GPS记录值吻合良好,目标距离估计的相对误差不超过10%。4、研究了已知目标距离时的Green函数提取技术;利用Green函数谱峰蕴含的声源深度信息,实现了目标深度估计。在此基础上,与声场互相关的目标速度估计技术结合,提出了一种目标速度、距离和深度的联合估计方法,在单水听器、单频信号处理条件下,仿真实验实现了速度、距离和深度的准确估计。试验数据处理亦得到了较好的深度估计结果,相对误差不超过10%。