陆架斜坡海域声场空时相关特性十分复杂,存在明显的空时相关性衰减现象,严重影响阵列信号处理的空间与时间增益,降低声呐系统的远程探测性能。本文结合某973国家安全重大基础研究项目和国家自然科学基金项目(No.11274252,11534009)对陆架斜坡海域声场空时相关特性进行了深入的研究,并根据陆架斜坡海域声场空间相关特性,研究了陆架斜坡海域空间相关性衰减条件下的目标检测问题,提出了几种新的目标检测方法,用于解决陆架斜坡海域空间相关性衰减导致目标检测方法性能下降的问题,为提高大孔径声呐设备在陆架斜坡海域中的远程目标探测能力提供理论和应用基础。本文主要研究内容及突出创新点包括:1、研究了陆架斜坡海域声场的空时相关特性,主要包括声场水平纵向相关性和声场时间相关性两部分。介绍了声场水平纵向相关性和时间相关性有关概念和计算方法,通过简正波理论对陆架斜坡海域声场水平纵向相关性和声场时间相关性进行理论推导,给出了对应相关系数的理论表达式。针对陆架斜坡海域波导环境,通过数值仿真分析了陆架斜坡海域声场水平纵向相关特性和声场时间相关特性,研究了波导环境、声源布放和信号参数等因素对陆架斜坡海域声场空时相关特性的影响。通过海试数据对陆架斜坡海域不同站位上接收信号水平纵向相关特性进行分析,给出了水平纵向相关长度的变化范围及随时间的变化情况。2、研究了空间相关性衰减对目标检测性能的影响,并提出了空间相关性衰减情况下基于子阵处理的稳健目标检测方法。通过理论分析和仿真计算研究了空间相关性衰减对几种常见目标检测方法性能的影响。针对陆架斜坡海域空间相关性衰减导致采用大孔径线列阵的声呐系统目标检测性能下降的问题,提出了空间相关性衰减情况下基于子阵处理的稳健目标检测方法——非相干子阵子空间降秩检测方法。对该方法的理论检测概率表达式进行了推导,提出了空间相关性衰减情况下最优子阵划分方法,并针对陆架斜坡海域通过数值仿真对方法的可行性进行了验证;开展海上试验研究,通过处理分析大孔径拖曳阵实测数据,验证了非相干子阵子空间降秩检测方法和最优子阵划分方法的有效性;针对采用非相干子阵子空间降秩检测方法在实现过程中计算量大、运算时间长的问题,提出了一种改进的快速非相干子阵子空间降秩检测方法,对其理论性能进行推导,并针对陆架斜坡海域利用数值仿真验证了改进方法的可行性。3、研究了基于空间相关性改善的目标检测方法。针对各阶简正波之间的干涉现象是浅海低频声场水平纵向相关性下降的主要因素这一问题,利用warping变换分离低阶简正波改善信号的空间相关性,提出了基于简正波分离的宽带目标检测方法,用于减小空间相关性衰减情况导致的检测性能下降。针对起伏波导环境下阵元接收信号会出现相位和振幅随机起伏导致信号空间相关性出现衰减的问题,利用正交匹配追踪算法对信号进行稀疏重构,舍去易受波导环境参数变化、声速扰动和噪声影响的小特征成分,保留信号主要特征,降低信号畸变,改善信号的空间相关性,在此基础上提出了基于信号稀疏重构的相关检测方法,用于改善空间相关性衰减情况下相关检测方法的性能。利用数值仿真验证了基于空间相关性改善的目标检测方法的有效性。