脉冲信号在浅海波导中传播时，由于频散效应，信号会发生时间展宽，其幅度和相位均会发生变化。水声传播信号为典型的多分量信号，每个分量在时频平面上具有非平稳、非线性的特征。脉冲信号的这种传播特性包含了海洋波导中的环境参数信息。因此，对接收信号频散特征的提取、分析和应用一直是水声学研究的热点之一。　　近年来，基于warping变换的信号处理方法被应用于水声学中。该方法是一种基于简正波频散特征的信号处理方法，它将水声信道中非平稳的多分量信号变换为多个具有特定频率的准单频分量（每个分量对应某一号特定的简正波），然后借助常规的带通滤波器，就可实现各阶简正波的分离，从而有效降低水声传播信号的处理和分析难度。　　文献中的warping算子均以理想波导或Pekeris波导为理论基础。为此，需要对浅海波导中更精确、适用范围更广的warping算子进行研究。　　从BDRM（波束位移射线简正波）理论出发，重新推导了理想波导的频散公式（即时间-频率关系式），修正并改进了Pekeris波导情况下的简正波频散公式。利用BDRM理论中的简正波群速表达式，结合本征值方程，分别推导得出了以Airy频率为界的两个频率区间上的简正波频散公式。由于推导过程中考虑了海底波束位移对简正波群速的贡献，因此本文得到的频散关系更准确。通过数值仿真将本文得到的频散公式与文献中的结果、KRAKEN数值结果进行了对比。另外，还讨论了海底反射系数相位的表达式。此外，利用BDRM理论将频散公式推广到海水声速随深度变化的一般浅海波导。　　以不同波导条件下的频散关系为基础，推导得到了对应的warping算子形式。通过数值仿真分别给出了理想波导、Pekeris波导、海水声速随深度变化的一般浅海波导的warping变换结果，验证了本文warping变换公式的有效性。另外，还验证了当环境参数存在失配时，本文warping变换公式的稳健性。　　将warping变换应用于浅海环境参数反演。利用warping变换，对南海一次声层析实验接收到的脉冲信号进行简正波分离，从而提高了对简正波到达时间结构的估计精度。将提取到的简正波到达时间与理论计算的群延迟进行匹配，同时得到了海水声速、海底声速和密度的反演值，并通过后验概率分析验证了反演结果的有效性。将长时间的海水声速反演值与实测的温度链结果进行对比，二者符合较好。此外，利用warping变换进行爆炸声信号的分析和气泡脉动的滤除。冲击波信号和气泡脉动信号经warping变换之后在时频域具有不同的特征。冲击波信号经warping变换之后变为准单频信号，而气泡脉动信号在变换之后其时频结构仍然是非线性的。因此，利用这种特性可以较为容易地辨识和滤除气泡脉动。通过对2000年黄海实验中爆炸声信号的分析和处理，结合信号的时频表示和自相关函数，验证了本文方法对去除二次脉动干扰的有效性。　　利用稳相法对傅里叶逆变换进行积分近似，推导出均匀浅海波导的声场时域近似解。利用均匀浅海波导的频散关系和WKBZ本征函数表示，可分别求得随时间变化的声压幅度和相位。本文提出的声压时域解可快速计算均匀浅海波导中宽带信号的时域脉冲波形。