混响是主动声纳所特有的干扰，是浅海环境下影响微弱目标信号的一个主要因素。由于混响与信号的强相关性，在强混响背景下，传统的匹配处理会出现严重的虚警。因此，抑制混响对微弱目标探测的影响，尽可能地减少虚警的产生，是混响背景下主动声纳处理急需解决的关键问题。本论文针对浅海环境下的水下小目标探测问题，研究了以时空主分量反演和分数阶Fourier变换为基础的抗混响弱信号检测方法，提出了STPCI-FRFT空时联合处理方法，并进行了相应的实验验证。其主要内容有以下几个方面。 首先，研究了在时空域抗混响的信号处理算法。采用时空主分量反演（STPCI）方法对目标同波子空间与混响噪声子空间进行分离，从而实现在强混响背景下的弱目标回波信号检测。既获得了单波束时域PCI算法相对于传统匹配滤波的抗混响优势，同时还改善了PCI算法对低（零）多普勒频移弱目标信号的检测性能。通过计算机仿真和实测海试数据分析，STPCI处理具有较时域PCI更优的性能，且对目标信号的时频特性影响较小。 其次，研究了在时频域抗混响的信号处理算法。利用分数阶Fourier变换对线性调频信号（LFM）信号的能量聚集特性，而噪声和混响信号由于形成机理决定，不会呈现明显的聚集特性，实现在分数阶域进行干扰抑制和信号检测。通过计算机仿真和实测海试数据分析，证明了该算法的有效性。 最后，提出了一种基于STPCI-FRFT的空时联合处理方法。它首先对阵元域数据先进行宽带波束形成得到一组空时数据；其次对输出的时空数据进行时空主分量反演（STPCI）处理，抑制混响信号；然后对输出信号进行分数阶Fourier变换（FRFT）；最后在分数阶域作检测判决。它充分利用了STPCI技术良好的混响抑制功能和FRFT对LFM信号的良好检测效果，因此在不同信混比情况下，本算法都能够有效的抑制混响，获得良好的检测效果。