波达方向估计和目标跟踪是水声信号处理的一个重要研究方向。本文重点研究了水声信号的波束形成、水下目标的波达方向估计(DOA)和基于动态规划的目标跟踪。主要内容有:(1)讨论了波束形成和波达方向估计(DOA)的基本原理。建立了阵列信号模型,讨论了常规波束形成算法和最小方差无畸变响应波束形成方法;针对常规波束形成算法存在的问题,研究了一种优化的波束形成算法;仿真分析比较了低信噪比下三种方法的DOA估计性能。(2)研究了基于动态规划的单目标跟踪。讨论了基本的动态规划法的基本原理和实现方法;针对水下目标跟踪,建立了系统的状态模型和量测模型,讨论算法参数对跟踪性能的影响,针对算法存在的能量扩散问题,研究提出了基于自适应状态转移数的跟踪算法;研究了基于指数平滑预测的目标跟踪方法;研究提出了改进的三帧值函数累积跟踪算法,提高了跟踪性能;针对目标突然出现和消失的情况,研究了基于动态门限的航迹回溯算法。仿真了分析上述算法的性能。(3)研究了基于动态规划的多目标跟踪。讨论了基于动态规划的多目标跟踪方法原理;讨论了基于极值法和剔除法的多目标跟踪方法,研究提出了基于最小二乘预测的多目标跟踪方法,有效实现了邻近目标和交叉目标的跟踪;仿真分析了上述算法的性能。