建设海洋强国是中国特色社会主义事业的重要组成部分,社会主义新时代要建立强大的海军,对水下目标的被动探测是获取作战优势的先决条件。随着水下航行器消磁、消声降噪等措施的不断完善,其本身的自防护能力不断提高,尤其是安静型水下航行器无人潜航器等水下移动目标辐射噪声与回波特征不断削弱,极大地增加了传统方法对水下航行器等水下移动目标探测难度,甚低频地震波信号作为水下大型航行器探测信号,携带水下航行目标的关键特征,可以不受水文条件的影响而通过海底传播,具有衰减慢、作用距离远且很难被抑制的特点。因此利用甚低频地震波信号进行水下目标探测,是实现对水下航行器远程探测的有效技术手段,是水下被动探测系统远距离感知目标的重点发展方向之一。本文针对甚低频地震波信号在复杂海洋低频环境噪声下探测难的问题,研究了基于非线性随机共振的微弱信号检测方法,以期提高复杂海洋环境下检测与提取目标关键特征的能力,本文的主要研究内容与创新性如下:(1)建立了列维分布的海洋甚低频环境噪声模型,并给出了基于对数矩的列维分布参数估计方法。分析了海洋甚低频环境噪声的各类来源和特点,进一步研究了列维噪声的生成方法,并与实测低频复杂环境噪声进行比较,验证了列维分布模型来描述海洋低频环境噪声的准确性与合理性。(2)提出了用随机共振方法来检测复杂海洋环境噪声下甚低频地震波信号的方案。研究了列维噪声激励下的一阶、二阶双稳态随机共振系统,改进了列维噪声下的随机共振系统输出求解方法,仿真结果表明二阶系统的输出稳定性和频率适用性要优于一阶系统,选取二阶随机共振方法来进行后续的研究,最后对比不同参数下的二阶双稳态随机共振系统输出性能,表明了通过调节系统参数来提高系统输出性能的可行性。(3)提出了列维背景噪声下的二阶匹配随机共振检测方法。根据产生随机共振的条件和系统输出的最优信噪比这两个因素,推导了列维噪声下随机共振系统匹配参数;在此基础上建立了列维噪声下基于匹配随机共振的甚低频微弱信号信号检测器,进行了系统输出仿真实验,表明了本文所提出的匹配参数随机共振系统相比于非匹配参数系统输出性能的优越性,最后用二阶双稳态匹配随机共振检测系统与直接检测和相关检测器的检测性能进行比较,验证了在复杂列维噪声背景下二阶双稳态匹配随机共振检测弱周期信号的可行性和有效性。(4)设计并搭建了甚低频地震波探测试验系统。在湖北漳河某水域进行了外场湖试试验,试验结果验证了用二阶匹配随机共振系统在复杂海洋低频环境噪声下进行水下航行器甚低频地震波探测的可行性和有效性。