海洋声层析是基于水声信号在海洋中传播时会受海水温度和流速等因素影响的事实,利用声信号在海洋中传播的速度和时间来反演测量海域的相关参数。该方法不受航运、天气和渔业活动等的限制,可以实现对海洋大尺度、长期、连续的实时监测。然而,目前对声传播多路径不同射线分辨,以及对应声线传播时间的识别仍存在问题。例如,经典的海洋声层析系统采用匹配滤波方法获取最大信噪比的声信号到达时间的估计,但其识别时间结构分辨率受限于水声信道带宽,很难辨别出信号时延间隔比较小的多径信号。本文提出了采用压缩感知来进行时间提取,其作为一种新的信号处理方法,可利用水声传播信道的稀疏特性提高识别多路径结构的估计性能。并结合传统匹配滤波方法,在水声传播信道的稀疏特性和压缩感知理论基础上,提出了一种匹配滤波—压缩感知联合声波到达时间提取方法,来估计海洋水声信号传播多路径的时延位置和幅度信息,提高对水声信号的检测信噪比和多路径时延分辨率。通过Bellhop模型对水声信号传播进行仿真模拟实验,分别对匹配滤波方法、直接压缩感知方法和匹配滤波-压缩感知联合方法进行性能评估,证实了匹配滤波—压缩感知联合方法在提取水声信号多路径传播的到达时间和对信号检测信噪比的上的理论优势。再通过对实测数据的处理分析,进一步证实了匹配滤波—压缩感知联合方法在提高对信号到达时间分辨率和声信号检测信噪比上的有效性和高精度特性,从而为高精度的海洋声信号传播和声层析反演温流场提供了有力的基础数据支撑。