随着对海洋环境的开发和利用,声纳也向着阵列的形式发展,波束形成技术已经成为一项成熟的技术方法,垂直阵拥有垂直方向的孔径,通过利用波束形成技术,就可以获得目标信号入射的俯仰角度。论文以基于垂直声压线列阵的目标俯仰角估计为基础,分别提出两种适应于水下环境的目标深度估计方法。论文首先在垂直线列阵的基础上,利用空间谱估计获得目标的俯仰角信息。研究基于垂直线列阵的常规及最小方差波束形成,给出定位模型,利用由声传播路程差引入的相位、方位角信息,建立三维坐标系下的仿真模型,通过理论分析和仿真计算、估计波达方向,实现多途条件下运动目标的俯仰角测量。然后,论文研究在多途条件下的目标深度估计。海洋中由于海底和海面的反射,会产生多途效应,论文根据射线声学模型,分析直达波及多途入射角度与声源深度、距离之间的关系,建立基于垂直阵的声源定位解算模型。论文中通过对垂直阵接收信号进行时延截取再波束形成的方法,得到多途源方位距离成像图,充分利用多途源的信息,推导多途效应的影响大小与目标的水平距离、深度、相对阵列的俯仰角度这几个因素的关系,并解算目标声源的深度信息,进行仿真验证。对湖试数据进行处理,验证基于射线声学模型的定位方案和仿真结果。最后,在邻近海面点声源的模型基础上,分析目标声源直达波和海面反射声波的相干叠加作用,提出一种基于深度的目标信号分离的新方法。该方法从利用垂直阵获得的目标俯仰角变化曲线成像图中提取出目标的轨迹及波束形成输出值,通过一种广义的傅里叶变换的方法,沿着目标轨迹对波束输出值做积分变换,从而实现基于深度变化的目标信号分离,并通过仿真进行验证。