面对种类日益多样化的水下威胁，水下安全问题成为各国关注的重点。同时我国也需要强大的海面和水下监测力量以确保宣称主权的领海、专属经济区以及海上贸易航线的安全。各类声呐监测系统的主要任务是完成水下目标检测，其性能的好坏也已成为衡量各国水下实力的标杆。传统水下主动目标检测技术主要从多普勒域处理或空域波束形成处理达到抑制混响，检测目标的目的。近年来，受雷达技术发展的影响，主动声呐目标检测开始转变为空域多普勒域联合自适应处理，也称作空时联合自适应处理。空时联合处理通过充分的利用空时二维信息来抑制干扰，能得到比传统方法更加有效的检测性能，但全空时处理除了本身系统维度大，计算复杂度高以及需要大量训练数据的支撑外还面临着水下信道的非平稳性和较短的时域相关性的影响。本文从空时自适应处理的角度出发，首先介绍了水下声呐系统中的目标回波模型和以及混响单元散射模型。利用单元散射模型给出了水下运动平台下的混响空时统计特性。随后介绍了目标检测中常用的几种检测器设计准则，以此作为基础分别在单亮点目标模型，距离扩展目标模型以及MIMO模型下展开检测器设计工作。　　在单亮点模型中，本文着重讨论了利用矩阵特殊结构来降低对训练样本数目需求的方法。通过推导Frobenius范数下具有伪对称特性样本协方差矩阵的估计问题，将这个最大似然估计值从需要假定干扰分布推广到一般情况，并进一步分析了估计中用到了两个样本协方差矩阵之间相关性对估计性能的影响。随后本文给出了标准环形阵下的检测器设计方法。同样，通过利用协方差矩阵的循环对称性，推导得到了循环对称样本协方差矩阵的最大似然估计，作为中间结论在附录中还给出了循环对称样本协方差矩阵所满足的概率密度函数，此外还得到一个十分有意思的结论:当样本观测量大于1时，协方差矩阵的估计以概率为1正定。此后，本文又尝试了先降维空时处理后自适应检测的检测器设计方法。这种降维方法在一定程度上降低了自适应处理的运算复杂度。最后的仿真分析中给出了各类检测器针对类似问题的检测性能曲线。　　在距离扩展目标情况下，本文首先介绍了前人在均匀背景下给出的利用高分辨多通道率谱估计方法得到的参数化Rao检测器。随后从考虑水声背景的非均匀性的角度出发又详细讨论了部分均匀背景下多通道参数化Rao检测器设计问题。在这个问题中，目标被描述为跨过多个连续距离单元而且具有多个能量不均等的散射中心，而混响背景被描述为待检测单元和辅助单元具有相同空时结构但又存在不同的能量分布的部分均匀模型。在这种模型下由于备选假设中存在众多的带估计参数，所以我们使用只考虑原假设中参数估计的Rao检测准则来设计检测器。分析和仿真表明，新提出的检测器不仅具有对辅助数据依赖少，运算复杂度低，对混响背景具有恒虚警特性，而且还具有对能量分布不均的恒虚警特征。　　在MIMO自适应检测器设计中，本文考虑了一种发射阵离散分布，接收部分使用标准线性阵的发射分集式MIMO系统。选择这种阵列方式的好处是，一方面可以利用不同的回波路径从不同的角度观测目标，另一方面又可以实现空域相干处理。除了介绍MIMO阵列下的两类常见似然比检测器MIMO-GLRT和MIMO-AMF外，本文重点考虑了一种将失配导向矢量和标称导向矢量建模为分别存在于两个正交空间的似然比构建准则。使用这种准则给出的MIMO-WA被证明是一种通过损失匹配情况下的检测性能来换取对来自旁瓣的失配信号的压制性能的方法。　　综上所述，本文研究了作为当前水下研究热点的主动声呐空时自适应检测及其在应用中面临的若干问题。通过利用包括协方差矩阵特殊性，降维空时处理，多通道参数化降维处理等方法从点目标和距离扩展目标两个方向分别讨论了不同准则下检测器的设计问题。通过理论和仿真对比分析证明，本文所提方法不仅具备传统方法的恒虚警特性，而且还能在保证检测性能的情况下减小对样本数据量的依赖以及降低运算复杂度。