声-海反演是将反演的方法应用于海洋声学,对海洋环境参数进行估计的一项技术,其优点为：1)由观测海域外围测量就可以获得海洋内部信息；2)用相对较少的观测仪器获得空时大尺度、平均意义上的海洋环境参数估计。然而,传统的采用固定节点的声-海反演技术由于节点复杂度很高,使得观测区域的节点数受限,面临覆盖范围与分辨力之间的矛盾。这是因为节点的测量方程数有限,在满足一定覆盖范围的前提下,分辨力的提高意味着未知参量的增加,从而可能使反演问题变为一个欠定逆问题(未知量超过方程数)。将大量成本可控的移动节点(如自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle.AUV).水下滑翔机)引入,利用其移动特性,增加节点测量方程数,为解决上述矛盾提供了新的思路。本论文主要研究以AUV为移动声源的声-海反演问题,包括理论研究和系统实现两个方面。移动声源的声传播模型的建立是基于移动平台的声-海反演的一个基本问题。在波导环境下,声源的运动引起波导多普勒效应,即不同简正波模态会有不同的多普勒频移。为了将多普勒效应融入到模型中,进而使模型与测量数据更好地匹配,本论文基于波导多普勒简正波理论建立移动声源的声传播模型。将该模型作为前向模型,并利用匹配场方法反演环境参数和声源参数(距离、深度、速度等)。在实际航行过程中,由于移动平台在预设的指定轨迹下存在一定的波动,本论文将对运动轨迹失配情况下的移动声源的声传播模型进行建模,并以此研究移动平台的运动轨迹失配对反演性能的影响。对于距离有关的环境参数反演,未知参量的数目可能会超过测量方程数,使反演问题变为一个欠定逆问题。由于移动平台在航行到不同位置时,会得到不同的测量数据,从而增加了测量方程数。论文将匹配场声-海反演问题建立在状态-空间模型下,利用不断更新的测量方程,对A1JV航行路径下距离有关的环境参数和声源参数进行序贯估计。此时可利用环境与距离有关的波导多普勒简正波模型建立前向模型,并比较不同序贯滤波器(扩展卡尔曼滤波、无味卡尔曼滤波、粒子滤波)的估计性能。声源在不同深度下会激发不同的简正波模态,或具有不同的声线传播路径,进而影响参数估计的性能。本论文以声速剖面(Sound Speed Profile-SSP)的估计性能为例,通过规划AUV的航行路径,使估计得到的SSP均方误差最小。为声-海反演理论验证设计开发的AUV平台,具有模块化的机械结构、硬件系统和软件系统,便于针对不同的应用更换不同的载荷模块。软件系统在开源软件MOOS-IvP上进行二次开发,具有星型拓扑结构。通过两次水池实验和两次湖上实验,对AUV的外设功能、导航、自主航行等进行了测试。AUV系统开展了一次湖试和一次海试,其辐射噪声被垂直接收阵接收,利用论文中的理论进行处理,得到了环境参数和声源参数的估计,与实际情况基本相符,从而论证了以AUV作为移动声源进行声-海反演的可行性。