由于海洋环境有压力大、能见度低等特点,导致人类对海洋的了解和利用还不够充分,水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的发展是人类在海洋探索方面迈出的重要一步。水下机器人可以自主地完成各种任务,水下声源的探测跟踪是其重要的一个分支。目前国内外文献中关于水下声源的探测跟踪大多是通过声纳来采集目标的运动图像,通过对声纳图像进行处理分析得到目标的运动情况估计,但是这种方法存在声纳图像本身分辨率不高、噪声大、受环境影响大、微弱信号不易捕捉、探测距离短等问题,这对方位估计的实现就增加了困难,而且运算量较大,实时性方面有所欠缺。本文的主要研究内容是通过将阵列信号处理技术应用到目标源信号的处理上实现对运动目标的探测跟踪。本系统由两大模块构成:目标探测定位模块和跟踪模块。目标探测定位模块是利用传感器阵列被动地接收目标发出的噪声或者声纳信号,对其进行处理,得到信号源的方位信息即方位角和俯仰角。在实现对目标的精确定位后,结合声波在水中传输的速度、衰减规律,跟踪模块实现对被测目标运动趋势、速度的估计,继而可以实现对AUV下一步动作的精确安排。本文对所设计的系统进行了多次实验,采用不同轨迹的信号作为信号源输入,实验得出结论:所提出的新方法计算简单,运算量小,可以有效而快速地对各种不同弯曲程度的运动轨迹实现拟合,对目标的运动趋势和速度等特征做出合理的估计,对水下机器人定位跟踪方面的发展有重要意义。