以往的近程高速运动目标轨迹测量系统只能测量合作目标的轨迹，即使一些系统可以测量非合作目标的运动轨迹，通常定位精度也比较低。与合作目标轨迹测量系统相比，非合作目标轨迹测量系统具有海上实施方便的特点，因此海军靶场迫切需要建设可以高精度测量近程非合作高速运动目标轨迹的水声系统，本论文所研究的近程非合作高速运动目标轨迹测量系统正是考虑这种需要而进行研究的。本论文通过显控解算和信号处理两方面对近程非合作高速运动目标轨迹测量系统进行分析研究，论证该系统的技术实施方案。在显控解算方面，重点介绍了非同步定位原理及数学模型，根据线性算法和非线性算法，给出了深度已知和未知条件下的定位解算公式，并通过仿真论证了对时延估计精度的需求。在信号处理方面，针对于目标发射的寻的信号，本论文采用了一套高精度时延差估计方法，该方法涉及到时延差粗测、自适应频率估计、自适应相位估计、信号分组等一系列信号处理方法，保证了该系统时延差高精度测量。此外，本论文针对短基线定位系统容易出现的相位模糊进行了分析研究，并提出了利用矢量水听器解决相位模糊的问题，该方法通过Matlab仿真，证明是可行的。仿真结果表明，本论文所设计的近程非合作高速运动目标轨迹测量系统方案可行。