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水声信号检测技术作为海洋信息科学的重要分支，在水下通信、遥测遥控、水中兵器和海洋开发等军用民用领域中均发挥了重要作用，已成为当前海洋信号与信息处理领域较为活跃的方向之一。本论文从背景建模及与之对应的相关检测算法两大方向入手，围绕信道特性及目标特性下的检测关键技术，进行了重点研究分析。综合全文，本论文的主要研究成果如下: 1、针对背景建模下不确定声场环境问题:应用Kraken简正波理论模拟实现声信道传播情况，通过对介质扰动声速剖面及随机海底地声声速等信道参量的蒙特卡罗统计模拟，依据辐射信号传播损失及作用距离检测预判理论模型，分析对比不同信道参数不确定影响下的信号传播检测与距离预判结果，也为水声相关检测算法的验证提供具有一定实用价值的模拟不确定声传播环境。 2、针对背景建模下目标辐射噪声问题:建立符合水中目标实际传播特性的辐射噪声数理模型。引入动态目标的模拟技术及水声传播环境的影响作用，使线谱分量模拟器更具全面性及真实性。采用基于1/3倍频程的宽带FIR(Finite Impulse Response)滤波器组设计方法，解决了传统方式收敛速度及运算复杂度的制约问题。应用GPU(Graphic Processing Unit)并行加速平台大幅节约了系统的运算耗时，有力保障了整个目标噪声模拟器的实时实现，也为水声相应检测算法的性能分析提供了仿真目标模型。 3、针对起伏信道特性下的目标检测问题:设计研究了复极坐标轴旋转变换的相位差分对齐补偿算法，并分析了该方法鲁棒目标主要特征参量不稳定扰动情况下的检测性能。利用周期性线谱信号与非周期性噪声之间的时间相关性差异与起伏相位偏移性差异，提出一种基于时间—频率检测域的联合式起伏相干算法，可提高检测线谱输出的信噪比增益。有效结合不同阵元间的空间相干增益与波束信号起伏相位的对齐处理增益，提出一种抗相位漂移的波束域对齐相干处理算法，可明显改善目标来波方位估计的精准性。 4、针对具有非线性特征的目标检测问题:基于双稳态随机共振的理论分析，结合Runge-Kutta数值求解方法，利用特征参量变换SR(Stochastic Resonance)检测算法研究了该方法在水声工程检测领域的处理效果。理论验证了阈值阵列随机共振算法的检测性能，通过信噪比反馈参数设置系统应用于二值灰度图像的检测增强，取得了理想的实用效果。