无人潜航器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）执行任务的多样性、服役环境的复杂性等给近场目标探测定位提出了需求与挑战,目前常规的声纳和光学手段难以应对。鱼类凭借侧线器官,能精准地获得周围流场信息,实现对周围目标的精确感知,为UUV近场目标探测定位提供了新的思路。论文在国家自然科学基金项目资助下,针对基于侧线感知原理的水下近场目标定位问题,系统分析侧线近场目标感知机理,重点研究人工侧线阵列优化设计方法和近场目标定位方法,探索一种新的近场目标定位技术手段。论文主要研究内容和研究结论如下:（1）侧线近场目标感知机理建模与分析针对侧线感知原理如何应用到近场目标定位中的问题,系统分析了侧线近场目标感知机理。首先,从鱼类侧线本身出发,分析了侧线的基本结构及流场感知的基本原理,基于侧线的动力学模型分析了侧线的幅频响应特性;然后,基于势流理论建立了目标的等效偶极子源模型,明确了目标的典型特征;最后,基于偶极子源的流场分布,分析了侧线感知目标的流场特性,明晰了侧线的有效感知范围。分析结果表明,侧线感知周围流场的流速和压力变化信息,频率范围约为几赫兹到几十赫兹之间;侧线感知的目标具有偶极子源的基本特征;侧线感知原理的工作范围可以弥补声纳技术近场感知的盲区。（2）人工侧线阵列优化设计方法研究针对人工侧线阵列的优化设计问题,利用定位过程中的响应向量失配和噪声信息,提出了基于Cramer-Rao下界的阵列定位性能评价方法,建立了阵列布局与阵列定位性能之间的定量关系,重点分析了均匀线型阵列的长度和阵元密度对有效定位区域的影响;在此基础上,以设计具有最少传感器的最简阵列为优化目标,提出了基于双层优化模型的均匀线型阵列设计方法和基于多目标函数联合优化的典型平面阵列设计方法,通过该方法设计得到的人工侧线阵列在满足定位需求的条件下具有最少的传感器个数以及最优的传感器间隔。仿真结果表明,优化设计得到的阵列达到了既定的定位需求,验证了论文所提优化设计方法的有效性。（3）基于空间谱估计的水下近场目标定位方法研究针对水下近场压力场中的目标定位问题,提出了基于MVDR（Minimum Variance Distortionless Response,最小方差无畸变响应）空间谱估计的偶极子源定位方法和基于MUSIC（MUltiple SIgnal Classification,多重信号分类）空间谱估计的偶极子源定位方法,从噪声和响应向量失配的角度分析得到,两种方法具有相同的定位精度,MUSIC方法比MVDR方法具有更好的定位分辨力;在此基础上,证明了以一般形式运动的目标具有偶极子源的空间谱估计形式,并以周期非简谐运动和随机运动进行了验证,即无论目标的运动频率和幅值如何变化,均可用偶极子源的MVDR方法和MUSIC方法进行定位,具有鲁棒性;进一步地,针对响应向量失配的问题,提出了基于GRNN（General Regression Neural Network,广义回归神经网络）和空间谱估计的目标定位方法,解决了响应向量失配带来的定位精度劣化问题,且能在一次学习的基础上,实现对其它具有不同大小、振幅和频率偶极子源的有效定位,具有普适性。仿真结果表明,论文所提的定位方法能够实现准确和鲁棒的目标定位,普适性强,是一种有效且实用的近场目标定位方法。（4）人工侧线阵列水下近场目标定位实验验证设计并开发了线型阵列和十字阵列两种典型的人工侧线阵列,搭建了偶极子源定位验证实验系统,通过将真实阵列采集得到的数据作为定位方法的输入,并将计算得到的位置与实际位置进行比较,对论文的研究内容做了系统的实验验证。开展了常规偶极子源定位实验、不同参数偶极子源的定位实验、不同阵列布局以及不同阵列结构下的偶极子源定位实验,验证了论文基于空间谱估计的水下近场目标定位方法的有效性、鲁棒性和普适性,以及人工侧线阵列优化设计结果的合理性。进一步地,讨论并得到了线型阵列和十字阵列的实验结果对侧线分布生物学研究的启示意义,即两种阵列在定位性能上的差异体现了鱼类头部侧线和躯干侧线功能上的差异。总之,论文在系统分析侧线近场目标感知机理的基础上,一方面通过建立人工侧线阵列布局与定位性能之间的定量关系,研究并提出了最简人工侧线阵列的优化设计方法,即基于双层优化模型的均匀线型阵列设计方法和基于多目标函数联合优化的典型平面阵列设计方法,实现了均匀线型阵列、十字阵列和矩阵阵列的优化设计布局;另一方面从阵列信号处理的角度出发,研究并提出了基于空间谱估计的水下近场目标定位方法,实现了精确、鲁棒和普适的近场目标定位;最后通过实验验证了论文所提技术方法的有效性,为复杂环境下UUV的近场目标定位提供了新的技术途径,具有较好的理论学术价值和工程实践意义。