1979年W.Munk等人提出利用声学方法对中尺度海洋环境进行监测的海洋声层析方法,解决逆介质问题。该方法利用传播时延等声传播观测量反演经过海域的声速与流速等海洋参数。声层析是结合了海洋测量、声传播建模和声学逆问题的多维问题,传统的声层析方法是基于射线模型的微扰法。微扰法利用从声源到接收阵元的多径信号走时来反演垂直分层的声速剖面。声线路径与路径上慢度(声速的倒数)的线性积分关系构成了声学逆介质问题的基本方程,通过最小二乘等逆问题求解方法可以估计出实际的声速剖面。但受发射信号传播时延测量的分辨力与射线模型的高频近似制约,在低频深海环境下微扰法的分辨力和精度都有所不足。本文提出的传播时延敏感核声层析方法从波动理论与波恩近似推导出声速扰动与传播时延的三维积分关系,可以利用两节点间的低频声信号反演海域中任意位置的声速扰动。传播时延敏感核方法利用信号的波峰时延替代多路径波包,增加了信号的观测量；同时,三维的传播时延敏感核函数将声线路径积分提升到三维的空间积分,提高了观测的空间分辨力。针对传播时延敏感核声层析方法,本文研究了核函数的理论推导、波峰模板匹配以及声层析逆问题的求解方法。首先在宽带模型下,用简正波模型推导出三维核函数表达；然后提出了基于相关的波形模板匹配方法,能有效分辨出匹配的波峰；最后,针对不同的海洋声扰动环境,提出了带有平滑约束的最小二乘方法、截断SVD方法以及凸优化方法,来求解声层析逆问题。本文对传统微扰法声层析与传播时延敏感核方法声层析分别进行了实验仿真,并比较了两者的声速反演结果,验证了传播时延敏感核方法能有效提高精度与分辨力。并在以上研究结果的基础上,开发出一套海洋声层析软件。