由于海洋环境的时空多变性和信号传输的复杂性，传统的纯方位目标运动分析方法在综合使用性能上存在收敛时间长、跟踪精度低、隐蔽性差等不足，而水声物理相关理论的发展为目标运动分析方法性能的提高提供了新的突破点。波导不变特性作为近年来水声领域的重要进展，受到了国内外学者的广泛关注，已经在水声探测、阵列信号处理和环境参数反演等方面取得了较大进展，具有广泛的应用前景。　　论文基于声场的干涉特性，重点关注将干涉特性应用于目标运动分析中的相关算法研究。针对传统纯方位目标运动分析方法收敛时间长的缺点，改进提出了一种利用声场干涉结构提取的目标距离特征量信息与方位信息相融合的目标运动分析方法，提高了目标运动分析的收敛速度;针对纯方位目标运动分析方法需要观测站机动的局限性，提出了一种利用径向速度信息与方位信息融合的目标运动分析方法，无需观测站机动即可估计目标的运动要素;进一步利用方位、径向速度和距离特征量三个参数作为观测量，提出了一种多测量信息融合的目标运动分析方法，提高了方位/径向速度目标运动分析方法的收敛速度。论文的主要研究工作和成果如下:　　1、利用波导不变量理论，研究给出了一种基于引导声源的被动目标测距方法。根据波导不变量的定义，得到了水平不变信道中目标声源距离只与引导声源的距离以及目标声源和引导声源声场干涉结构的频率间隔有关的结论。该方法无需已知声场的环境参数即可估计得到目标声源的距离。通过对2005年浅海实验数据进行分析，测距平均误差为6.3％。实验分析表明，该方法能够准确估计目标声源距离，具有较高的环境宽容性。　　2、提出了一种目标距离特征量信息与方位信息相融合的目标运动分析方法，缩短了目标运动分析的收敛时间。首先推导了距离特征量的表达式，并给出了实际接收声场的距离特征量的估计方法。然后利用距离特征量信息对纯方位卡尔曼滤波算法中状态向量的一步预测值进行修正，得到了基于波导不变量的修正卡尔曼滤波算法。将距离特征量与最小二乘算法相结合，在纯方位最小二乘算法的伪线性测量方程中加入了包含距离特征量的测量方程，使测量方程包含了更多的目标运动信息，得到了基于波导不变量的最小二乘算法。仿真结果表明，通过加入距离特征量信息，两种算法在观测站开始机动后的10分钟之内即可收敛到10％误差限，显著提高了目标运动分析算法的收敛速度，并且两种算法的距离估计误差在5％以内，满足测距精度要求。　　3、基于浅海声场的传播规律，提出了一种利用径向速度信息与方位信息融合的目标运动分析方法，克服了纯目标运动分析中需要观测站机动的局限性。首先从理论上证明了方位/径向速度目标运动分析方法的可观测性，其次从宽带和窄带两个方面分析了目标径向速度估计的可行性和实现方法，并给出了浅海声场径向速度符号判决准则。通过将目标的径向速度信息加入到测量方程中，得到了基于方位-径向速度的扩展卡尔曼滤波算法;通过对方位-径向速度组成的伪线性测量方程的噪声协方差矩阵进行约束，得到了基于伪线性估计的渐近无偏跟踪算法。仿真和实验结果表明，方位和径向速度联合估计的TMA算法在观测站非机动的情况下，利用单个观测站即可对宽带和窄带目标进行准确的跟踪定位。　　4、提出了一种多测量信息融合的目标运动分析方法。该方法将目标方位、径向速度和距离特征量进行融合，利用距离特征量得到的线性约束条件去修正基于方位-径向速度的扩展卡尔曼滤波算法中状态向量的一步预测值。仿真结果表明，在观测站非机动情况下，该算法的收敛时间在10分钟以内，具有较好的应用前景。