被动声呐信号的时延估计研究一直是水声领域的重点。本文在总结时延估计发展历史和现状的基础上,重点研究了被动声呐宽带信号精确时延估计和多途环境下的时延估计。讨论了时延估计的基础理论,包括时延估计的性能评价标准和基于最大似然准则的时延估计方法,建立了时延估计的数学模型。研究了宽带信号精确时延估计。为解决相关类时延估计方法时延估计精度受采样率限制的问题,研究提出了分数时延估计算法,能够有效实现相关峰的插值;研究了频域补零法,提高了时延估计精度;针对频域补零法计算量较大的问题,研究了基于改进的Chirp-Z变换的相关峰精确插值方法,减少了计算量;结合被动声呐信号频带有限的特点,研究了带限信号的频谱细化方法,进一步降低了计算量,同时又提高了时延估计精度。研究了多途环境下的时延估计方法。分析了相关类算法存在的问题;研究了具有高分辨率的MUSIC时延估计算法,以实现多途环境下的时延估计和相关峰分辨;针对MUSIC时延估计算法计算量大的问题,研究提出了最小方差时延估计算法;为解决多途环境中时延估计不稳定的问题,研究了时延跟踪算法,利用相关峰的特点和稳定性对其进行跟踪,提高了多途环境下的时延估计精度。仿真实验验证了上述方法的有效性。