线性调频信号(LFM signal)是水声信号处理领域广泛研究的一类脉冲信号，通过相位调制能获得较大的时宽带宽乘积，可兼顾良好的时延分辨率和频移分辨率，是现代主动声呐进行水下目标探测的常用信号形式。对主动LFM信号脉冲的检测及方位估计能使我方对危险性目标进行预警、规避或反制，是水下目标探测技术的重要研究内容。而且，主动声呐发射的LFM信号能量一般较发射舰船本身的辐射噪声明显要高，用被动声呐对其进行目标探测和定位更具有优势。因此，对LFM信号的被动检测和方位估计技术是水声信号处理研究的热点之一。　　本文在对比分析现有LFM信号检测技术的基础上，提出了一种简明分数阶傅里叶变换(CFRFT)方法，用于低信噪比下LFM信号的被动检测。该变换通过对时频平面上频率轴的旋转，来获取信号在各个角度下的信号谱结构。其离散计算可借助chirp相乘和傅里叶变换方便地实现。相比于传统的分数阶傅里叶变换（FRFT）方法，CFRFT方法的变换复杂度更低，离散计算效率提高近一个数量级。对时频分布呈直线的LFM信号，CFRFT能在特定角度上将信号能量聚集成尖锐的强能量峰;而对分布较为均匀的噪声，其任何角度上的CFRFT分布都不会形成明显的能量聚集。因此，利用此特性可显著提高噪声中LFM信号的信噪比，实现对LFM信号的可靠检测。同时，LFM信号在简明分数阶域形成的能量聚集峰的位置与信号的调频斜率和中心频率等参数有关，因而可通过峰值位置对LFM信号参数进行估计。数值仿真和实验验证结果表明，基于CFRFT的检测方法可实现较低信噪比下LFM信号的有效检测，且计算更简单，能更好地满足实时处理的要求。　　多分量LFM信号的被动检测，除了要考虑噪声影响外，还有强弱分量之间的相互影响（强分量掩盖弱分量），可能会造成弱分量漏检。本文对基于CFRFT及其逆变换的LFM信号滤波及恢复进行了理论分析及仿真，进而将简明分数阶滤波应用于多分量LFM信号的检测问题，提出了一种逐次简明分数阶滤波的检测方法。首先对接收信号进行CFRFT变换检测出强分量LFM信号，然后对己检测分量在简明分数阶域滤除，再进行逆变换后得到的信号将不再包含强分量。逐次进行以上滤波处理，可依次消除强分量的干扰从而检测出弱分量。数值仿真和实验数据验证结果验证了该方法在多分量LFM信号检测中的有效性。　　对LFM信号目标的方位估计，是典型的非平稳信号处理问题，现有的方位估计方法及干扰抑制技术则更多适用于平稳信号处理。因此，本文在单次快拍处理的前提下，将简明分数阶滤波与常规波束形成方法相结合，用于噪声及干扰背景中LFM信号的方位估计。对阵列中各阵元接收信号在正交角度上经CFRFT处理的LFM信号能量聚集峰进行窄带滤波。然后，将滤波信号经逆简明分数阶傅里叶变换得到信干比和信噪比显著增强的重构阵元域数据，并进一步将干扰及噪声抑制后的重构阵元域数据用于目标方位估计，可有效地提高LFM信号目标的方位估计性能。数值仿真和海试实验数据处理结果分析表明，本文所提出的方法能对低信噪比LFM信号进行有效的干扰及噪声抑制，进而稳健有效地实现LFM信号目标的方位估计。