复杂海域的舰船、潜艇、蛙人等水下目标在运动过程中将不可避免的向周围辐射噪声,这些噪声中含有目标的重要特征信息,是声呐探测、目标识别和参数估计等等一系列工作的依据所在,对国家安全的意义非常重大。然而,海洋环境具有多样性,是最复杂多变的无线信道,辐射噪声传输时通常会淹没在海洋环境噪声中,同时减震降噪技术的快速发展,使得本就非常微弱的辐射噪声信号更加难以捕捉和探测。因此,本文对复杂海域的目标探测问题展开了研究。文章从海洋环境噪声入手,分析了海洋声信道的物理特性和传播特性,建立了镜像双扩展兼冲击噪声信道模型以及舰船、蛙人等水下目标辐射噪声模型,以混沌和随机共振等微弱信号检测技术为指导,结合实际海洋工程需求,提出一些新方法。具体如下:(1)针对复杂海域的强噪声以及水声信道的非线性特性,提出了一种基于最大相关峰度反卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD)的目标混沌探测方法。该方法通过MCKD技术对复杂海域目标信号进行初步实时探测,当有外界目标(如:舰船、蛙人)入侵时,MCKD以最大峰度值变化量作为迭代终止条件能够有效增强被噪声淹没的目标辐射信号,利用混沌系统,可进一步对目标信号进行频率检测;同时为了解决混沌系统中混沌临界态和周期态间的判断模糊问题,采用了梅尔尼科夫(Menikov)函数和过零检测法的判断依据,建立了基于混沌振子阵列的微弱信号检测系统。(2)为了解决随机共振系统难以直接检测高频微弱信号和多频微弱信号的问题,采用了外差式随机共振和扫频式随机共振,利用蚁群算法对系统参数进行了优化,并以四叶螺旋桨舰船为检测目标验证了该方法的有效性,优化后的系统对输出信噪比的提高更加明显。(3)最后,本文分析并设计了一款复杂海域的多模式目标探测系统,并利用舰船、潜艇和蛙人等水下目标辐射噪声的实测数据对系统进行了仿真测试。仿真实验结果表明,在较低信噪比下仍能检测出水下目标的辐射噪声信号,实现了对目标的探测,验证了本文算法的正确性,达到了预期的研究目的。