在中纬度海域，当海深超过1000m时，海水声速垂直分层中会出现声速极小的声道轴，特别是当水深大于几千米并形成完全深海声道（如西太平洋深海条件）或非完全深海声道（如南海深海条件）时，会导致声波传播出现会聚区、影区和水下声道等效应。在深海条件下，声波远距离传播时所经历的海洋环境时空变化以及水声效应十分复杂，特别是声场分布规律和时空相干结构复杂多变，因此关于深海声场特征的研究重要且艰巨。通常，为降低工作频率、提高空间增益，水声探测设备多采用较大孔径的水平基阵（例如拖曳线列阵、舷侧阵等）进行声信号接收，但水平基阵不具备垂直指向性，不能获得声波的到达角（或俯仰角），其对海底反射声有俯仰角模糊问题，因而亟需研究针对水平阵应用的声源参数估计方法，然而公开的相关文献资料非常之少。因此，研究深海环境下水平线列阵声信号场特征及环境适配的宽容性参数估计方法，意义重大。　　海洋声场预报模型是研究深海水平阵接收声场特征的基础，本文基于深海水声环境，分别介绍了海洋声场的简正波模型和射线模型，并通过数值仿真结果分析了深海低频声场的基本特征，为后续分析提供了理论基础。　　准确的目标方位估计是深海环境中声纳探测应用的重要性能要求之一。由于水平基阵的轴对称性，其无法辨别入射声波的俯仰角，因此在声源偏离基阵正横方向且接近端射方向时会存在方位角估计误差，尤其是在海底反射声工作方式下。本文从理论上研究了深海海底反射声区的方位估计问题，指出当声源位于深海海底反射声区时，由于接收距离处的相速度远大于参考声速，使得利用水平阵估计的方位与目标真实方位存在较大的偏差，并且相速度与接收距离有关，因此测向偏差大小也与距离有关。针对海底反射声区的方位估计偏差问题，文中提出了两种偏差修正方法:一种是在已知声源距离条件下，利用理论计算的相速度为参考声速直接进行常规波束形成，此时估计的方位即为目标的真实方位;另一种是在未知距离条件下，通过航向机动改变水平阵轴向方向，并给出机动前后两个角度相对于参考声速的变化曲线，两条曲线的交点对应的方位即为声源的真实方位。　　在深海海底反射声区，多途时延特征和干涉结构特征是声场的重要特征物理量。本文分析了深海海底反射声工作方式下接收信号的干涉结构频率周期性与本征声线的多途时延差的关系，并提出了一种基于声场干涉结构频率周期性的被动测距方法。海底反射声工作方式下声场强度在频率域表现为两种周期性干涉条纹的耦合，其干涉周期分别对应于海底反射声线、海面-海底反射声线和海底反射声线、海底-海面反射声线的时延差的倒数，且均随距离增加而增大。当声源位于近水面附近时声源处的海面反射可以忽略，在较窄的频带范围内，对应于海底反射声线和海面-海底反射声线时延差的干涉条纹因频域周期较大而不明显，通常观察到的为海底反射声线和海底-海面反射声线时延差对应的干涉条纹，因此干涉结构比较稳定。对于接收深度已知的水平基阵，利用其接收近水面声源信号的声强谱图提取出多途时延差，再通过构造多途时延差与距离之间的估计器可以估计出近水面声源的距离。　　最后分析了深海水平阵接收直达声区低频声源信号的方位分裂现象，并提出了基于方位分裂的近水面声源被动测距方法。依据射线理论，在低频条件下深海直达声区声场主要由直达声和海底反射声贡献，两种路径的到达角差别较大，使得其波束形成输出的方位角分裂为两部分:一部分对应于直达路径，其到达角较小，对应的方位角与目标真实方位一致;另一部分对应于海底反射路径，其到达角较大，对应的方位角偏离目标真实方位，且偏向正横方向。将其应用于声源距离估计，对于深海近水面声源，声源距离与到达角有关，利用直达声区分裂的方位角可以得到海底反射路径的到达角，进而实现近水面声源的距离估计。对于深度在几百米以内的水下声源，尽管其声源深度未知，但方位角分裂与声源深度关系不大，因此可假定声源为水面声源，进而利用分裂的方位角估计距离。