作为现代声呐的核心部分，声呐信号处理的基本任务是信号检测、参数估计、目标的识别与分类。传统的信号处理方法是将上述三项任务分割开来，依次完成的。随着微电子和高速专用数字信号处理(DSP)器件的发展，为检测、估计、识别三项任务的融合进行联合处理提供了良好的硬件环境。本文从主动声呐回波信号的瞬时参数估计人手，介绍了两种将瞬时参数估计与信号检测、信号判别融为一体的信号分析与处理方法，分别称之为“瞬时频率序列分析”和“视在方位序列分析”方法，探讨了其原理、可行性，并进行了性能分析。从调频信号分析中引入的“瞬时频率”的概念给非平稳信号的分析提供了有力的工具。然而，迄今为止，文献中对信号瞬时参数的研究基本上还是集中于对“瞬时频率”，尤其是瞬时频率估计方法的研究，应用则往往局限于地震和生理信号分析等信噪比极高的比较理想的环境场合。瞬时频率研究除了参数估计本身外，对信号检测、目标识别等其它信号处理领域有多大意义?在低信噪比环境中，其应用潜力如何?凡此种种问题，很少有文献涉及，对其它瞬时参数的深入研究，就更为鲜见了。本文仍以瞬时频率估计为突破口，对上述问题进行了比较深入的研究，并扩充到对另一种瞬时参数——视在方位的研究。本文的主要研究内容包括：·瞬时频率估计算法研究。推导了几种运算量小，工程上容易实现的高精度窄带信号瞬时频率估计算法。·瞬时频率序列及其统计特性分析。瞬时频率序列分析与传统的傅立叶谱分析之间的关系研究。·瞬时频率及瞬时频率序列方差的概率分布研究。·探讨了瞬时频率序列分析方法在信号检测方面的应用潜力，提出了一种新型窄带信号检测器——瞬时频率序列方差检测器(VIFD)，并进行了性能评价。在平稳高斯白噪声背景下检测CW脉冲信号，瞬时频率序列方差检测器的性能接近于最佳检测器——匹配滤波器(或相关器)。在非平稳干扰背景下，瞬时频率序列方差检测器的性能稳健，检测能力优于各种常规检测器(匹配滤波器、相关器、能量检测器)，且对多卜勒频移引起的失配不敏感。·提出了“视在方位”的概念和“视在方位序列分析”的方法。阐述了视在方位序列分析的理论基础；探索了视在方位的概率分布模型及其在检测、抗混响、目标尺度识别等方面的应用和工程实现。·提出了另一种基于瞬时参数估计的新型窄带信号检测器——视在方位方差检测器(VPBD]的模型。在短阵宽波束条件下，VPBD具有比VIFD更强的检测能力。·以两片高速DSP器件TMS320C30为主控处理器研制了高精度水下目标实时跟踪系统。该系统兼具多波束系统作用距离远，长基线系统定位精度高，超短基线系统使用灵活方便的优点。理论分析和计算机仿真研究证实了“瞬时频率序列分析”和“视在方位序列分析”方法的合理性。海上试验和海试数据分析验证了该技术的有效性。