由于水下声场的复杂性，一些传统的信号处理方法对于水下接收信号处理的性能下降。探索与水声物理规律相结合的信号处理方法是有效提高水下目标探测、识别、水声通信等能力的关键所在。根据简正波理论，水声传播信号是典型的多分量信号。现有的多数水下声信号处理方法主要利用由多号简正波组成的全波场，与全波场相比，单模具有较高的时间和空间相关性，且与声源-接收器位置信息和环境参数等关系密切，将接收声场投影到模态域，对各个声场简正波分开处理具有一定的优势，物理意义更加清晰。　　由于每号简正波具有非平稳、非线性的特征，不同号简正波往往在时间和频率上混叠，传统时频分析方法很难高分辨地将其分离，无法将信号变换到模态域。近年来，基于warping变换的信号处理方法被逐渐应用于水声学中。Warping变换利用简正波瞬时相位或者频域相位的特征，将水声信道中非平稳的多分量信号变换为准单频分量或者准脉冲序列，借助常规的窄带滤波器，就可实现各号简正波的过滤。显然，较常规时频分析方法具有更高的滤波分辨率。　　然而，由于声源激发谱相位的影响，warping变换通常局限于信道冲击响应类信号，即声源为脉冲声源或者声源发射信号已知以进行脉冲压缩。对接收信号进行频域warping变换时，还要求声源发射信号时刻确知，接收系统和发射系统时间同步，这对于被动接收系统是不现实的。此外，现有的warping变换算子仅适用于海底海面反射类简正波，对于海水折射类简正波处理的性能下降。这些都是在实际应用中使用warping变换需要解决的问题。　　相比于接收信号本身，接收信号自相关函数消除了声源激发谱中可能有的随机相位，且内含的简正波互相关函数与简正波本身有类似的频散特征或时频到达结构，同时避免了信号直接处理中到达时刻未知和收发系统时间不同步的问题。若变换的对象为接收信号自相关函数或者简正波互相关函数，warping变换有更广泛的应用范围。　　首先，研究了接收信号自相关函数的warping变换理论及其应用。在理想波导情况下，推导了接收信号自相关函数中不同简正波相干成分的瞬时相位表达式。通过warping变换将接收信号自相关函数中的多组简正波互相关成分变换为多个具有特定频率的准单频分量，该特定频率不依赖于声源和接收器的位置，仅依赖于海洋环境参数。针对浅海声波导中远距离脉冲声源被动测距问题，提出了两种利用接收信号自相关函数warping变换的被动声源定位方法。一种是基于接收信号自相关函数经过warping变换后傅里叶频谱（FTWT谱）的不变性频率特征，通过距离搜索匹配由声场仿真程序提供的浅海波导FTWT谱特征来估计声源距离;另一种定位方法是利用warping变换从接收信号自相关函数中过滤出简正波互相关函数，由互相关函数的频域相位和能量比确定声源位置。同时，利用过滤的简正波互相关函数的频域相位提出了一种较为简便的简正波水平波数差和波导不变量估计方法。　　其次，针对传统warping变换算子仅适用于海底海面反射类简正波的问题，基于简正波水平波数差与波导不变量之间的关系，提出了一种适用于接收信号自相关函数的时域warping变换算子。选用不同的波导不变量，该算子可以将接收信号自相关函数中的反射类或折射类简正波互相关成分变换为准单频信号。通过过滤的简正波互相关函数的频域相位，实现了被动距离估计。　　然后，提出了一种基于波导不变量的频域warping变换算子。该算子可以将接收信号自相关函数中的多个简正波互相关函数同时变换为时域上可分离的准脉冲序列，并通过脉冲序列的相对延迟时间来估计声源距离。　　最后，讨论了水平变化浅海声波导中的warping变换，推导了绝对硬海底时水平变化波导中简正波时频到达结构以及瞬时相位的表达式。理论分析了海底地形水平缓变浅海波导中warping变换基础上的低频声场特征频率，给出了特征频率与收发距离的变化关系，进而提出了水平变化浅海波导中基于特征频率声源距离被动估计的修正方法。