传统单频、线性调频等主动声呐信号因功率增益恒定、时/频特征明显等特点而导致其有效性与隐蔽性大大受限,而许多大自然生物却进化出了先进的生物声呐系统,如海洋中的鲸/海豚能利用其高效的生物声呐实现猎物的高效捕食,因此,研究并揭示生物声呐系统的规律对提升人造声呐系统的有效性与隐蔽性具有重要的借鉴意义。本文以海域分布广泛的抹香鲸为典型代表,分别从“叫声-捕猎行为”以及“叫声统计规律”两方面,深入分析了抹香鲸声呐叫声与其捕猎行为之间的映射关系,统计比较了叫声子序列的时/频参数以及叫声脉冲串的声呐参数,并针对水下目标典型探测场景给出了提升人造声呐系统探测与隐蔽性能的波形设计建议。论文主要工作如下:1、针对抹香鲸叫声中混杂噪声的平稳特点,比较了几种典型的去噪方法,并通过谱减法实现了有效去噪。同时,基于抹香鲸叫声高信噪比的特点,采用双门限法实现了叫声脉冲的高效摘取。2、聚焦抹香鲸“叫声-捕猎行为”的映射关系,分析了抹香鲸捕猎过程中其叫声脉冲幅度等时域参数、质心频率等频域参数、距离分辨力等声呐参数与不同捕猎行为（搜索猎物、捕捉猎物）之间的对应关系,揭示出如下规律:1)在搜索猎物阶段,因距离猎物较远,其常发射高声源级、大脉冲间隔与小均方根带宽的叫声序列,以增加探测距离与搜索范围;2)在捕捉猎物阶段,因捕捉猎物速度与精度的需要,其常发射小脉冲间隔与大均方根带宽的叫声序列,以提高探测效率、改善距离分辨力。上述规律能为高性能人造声呐系统设计提供重要参考与借鉴。3、聚焦抹香鲸叫声规律统计特性,以叫声子序列为单位,分析了不同子序列时域、频域、时频域参数的统计特性,揭示出如下统计规律:抹香鲸叫声声源级的波动具有周期性;当距离猎物较远时,子序列持续时间长、脉冲数目多、信号波形改变慢,而距离猎物较近时,子序列相关参数变化规律正好相反。此外,分析比较了叫声单脉冲及脉冲串声呐参数的统计特性,揭示出如下统计规律:单脉冲测速性能差,多普勒容限大,而脉冲串性能与之相反;单脉冲及脉冲串都具有良好的测距性能,同时抗混响能力接近。上述规律能为仿生伪装隐蔽声呐信号的设计以及人造声呐系统性能的提升提供重要参考与借鉴。4、基于上述规律,以有效性与隐蔽性为目标,从借鉴生物先进的声呐系统出发,给出了提升声呐系统探测性能及隐蔽性的策略。并进一步针对典型水下目标探测需求,给出了提升人造声呐系统有效性与隐蔽性的波形设计建议。