中高纬度海域是全球海洋变化最为剧烈的地区之一。由于远离赤道，受到的太阳辐射热量越来越小，海洋环境特性与温带海洋相比，有着较大的不同。中高纬度海域一个显著特点是存在着大量的海冰，北极地区更是几乎常年被海冰覆盖。在我国渤海和黄海北部，冬季冻结的海冰会对冰区设备产生巨大的破坏，造成重大的经济损失。随着北极海冰的日渐消融，北极的战略地位也日益突出。北极存在丰富的自然资源，是联接全球的优良航道。北极对我国气候变化也有重大影响。声波作为海洋中唯一有效的传播媒介，在海洋资源勘探、海洋要素层析、冰层反演和预报等方面具有重要的作用。因此，冰下声信息传输技术的研究对更好的开发利用中高纬度海域尤其是北极资源，具有重大的战略意义和经济价值。　　海冰的存在隔绝了海水与大气之间的热量交换，隔绝了风浪对海水的搅拌作用，使得冰下声场规律相当特殊，具有稳定的正梯度声速结构，存在半声道和双声道现象。中高纬度海域、北极及其毗邻海域的半/双声道波导效应，为远程目标探测和声信息传输提供了有力的信道保障。但是，由于波导频率选择效应以及冰层引起的复杂散射特性，使得远程声场传播的频散效应和多途干涉异常明显与复杂，因此只有深入研究海冰的声学特性以及冰下声场的传播规律，提出与其特征相适配的信号处理、目标探测理论与方法，才能解决中高纬度、北极及其毗邻海域冰下信息传输问题。　　本文的主要工作是研究中高纬度海域冰下声传播特性规律，建立能够适用于冰下声传播特性的预报模型，使其能够精确的表征冰层对声传播特性的影响。在此基础上，建立环境适配的中高纬度海域冰下声信息传输方法。本文的工作和创新点主要体现在以下几个部分:　　1、研究了经典的声传播理论，包括简正波理论和波数积分理论。系统分析了两种方法的数理基础和具体的数值实现。提出在现有声模型的基础上耦合海冰特征参数，建立能够适用冰下声传播特性分析的模型。　　2、深入研究了传播模型对弹性介质分层界面的处理方法，在此基础上提出将海冰等效成声学参数层和海冰反射系数法求解冰下传播特性两种方式。在第一种方式下，使用Krakenc程序和OAST程序计算了冰下声传播损失。在第二种方式下，分析了多种海冰反射系数求取方法，建立了OASR-Krakenc模型。使用提出的模型对北极表面声道和双轴声道进行了声传播特性分析。　　3、使用脉冲压缩方法对第七次北极科学考察信道测量数据进行了冰下多途结构提取。针对冰下信道结构的复杂性，建立了OASR-Bellhop耦合模型，对冰下声信道多途结构进行预报。使用实验数据对模型进行了修正和检验。提出的OASR-Bellhop模型能够较为准确的预报出冰下多途结构。　　4、结合OASR-Krakenc模型进行了冰下匹配场声源定位仿真和实验研究。使用Bartlett方法和MV方法对北极双轴声道进行了匹配场定位仿真;使用匹配模技术对冬季浅海环境进行了声源定位;最后，使用黄海冬季海试数据进行了匹配场定位研究。