随着海洋背景噪声的增加、安静型潜艇的出现,常规主动声纳面临挑战,在浅海环境,时延扩展和多普勒扩展以及强大的混响,又进一步制约其探测性能的发挥。随着多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术在雷达领域的深入发展,本文结合水声环境的特点,开展MIMO声纳关键技术研究。本文首先分析水声信道的时延和多普勒双扩展特点,然后在自由场环境和波导环境,利用平面波模型和简正模模型进行表征和处理。针对混响非高斯分布统计特点,考虑用K分布进行表征和处理,进一步设计相关检测器。为了利用MIMO非相干处理的优势,设计了正交波形获取波形分集并兼顾抑制混响功能。在集中式MIMO空时处理研究的基础上,重点对分布式MIMO探测框架进行研究,推导了分布式MIMO存在的约束条件,并用数值仿真和实验对其进行检验和验证。将MIMO检测器推广到复域,进一步增强了MIMO系统探测能力。主要研究成果如下：1)提出了分布式相控MIMO空时处理模型并定量分析了其探测性能；2)在复域设计了宽带分布式相控MIMO检测器；3)水池实验和莫干山湖上实验,证明了分布式相控MIMO系统的探测性能优于传统相控阵系统。