本文研究了海洋波导中目标声散射的正问题和反问题，全文分为五章： 第一章回顾了求解海洋波导中目标声散射正问题和反问题的理论和方法。 第二章研究了二维和三维海洋波导中障碍物的声散射问题。基于Galerkin变分原理和DtN映射方法，发展了数值求解这类声散射问题的一种自然边界元与有限元耦合的求解方法，提出了有效的数值实现方法。在这种方法中，有效地避开了常规有限元中需要采用吸收边界的缺点。对二维和三维多种形状障碍物的数值计算结果表明了所建立的理论方法是有效的。 第三章研究了由近场或远场散射数据来成像海洋波导环境中三维未知目标的反问题。发展了一种指示器样本快速成像方法，这种方法有一个特别的性质就是不需要预先知道未知目标的声学特性就能对海洋波导中目标进行非常快速的成像。数值试验表明，该方法对成像海洋波导中三维目标是有效的，即使在有限孔径的测量方式和具有噪声散射场测量数据的情况，也能够得到未知目标的一个理想成像，而且还表明了海洋波导边界的多重反射效应对成像效果具有一定的正面影响。 第四章研究了海洋波导中时谐声波散射被可穿透目标散射产生的传播远场分布的性质，构造了透射问题解的集合，使得所构造解的集合在可穿透目标边界上的限制在某个Hilbert空间中是稠密的，确定了传播远场分布的集合在某个Hilbert空间中是完备的条件。这些性质对研究海洋波导中的逆透射问题有重要的应用。同时研究了用声传播远场分布信息来成像海洋波导环境中三维可穿透目标的反问题，将第三章中提出的指示器样本方法作了更进一步推广和发展，解决了可穿透目标大小、目标、位置和形状快速成像的问题。数值试验表明，这种方法对成像海洋波导中多种形状的三维可穿透目标是有效的。 第五章是全文的总结以及研究展望。