我国是拥有约300万平方公里海洋面积的海洋大国,所以海洋安全,是国民安全的第一道防线,必须时刻坚守。在水下防御及作战系统中,有“先发制人,后发制于人”的理念,其中“先发制人”就要依靠精确及时的水声目标运动分析技术。本文深入研究了常规水声目标运动分析算法,包括纯方位算法、方位频率算法以及双/多阵算法和空时综合算法等,通过对比仿真分析,给出这些算法的优缺点和应用场景。针对实测数据获取方位信息的不确定性,本文改进了传统算法模型,给出了具体的解决算法,仿真改进算法的性能,并进行了实际测试数据分析。基于算法研究结果,利用VS2013实现了目标运动分析系统软件设计。本文首先简要介绍了目标运动分析的研究背景及意义,探索了各类目标运动分析技术的发展历程。在可观测性的基础上,从单基阵的纯方位目标运动分析算法入手,研究了最小二乘算法、基于辅助变量的伪线性算法、广义卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法。并搭建了MATLAB仿真环境,对各算法进行了仿真计算,通过对比试验,验证了纯方位算法在满足一定的可观测条件下对水下目标运动分析的可行性。由于纯方位目标定位算法受制于严格的可观测性要求,所以本文研究了联合多信息的目标运动分析算法,结合目标其他被动特征信息,改善定位性能,包括:基于方位频率的目标运动分析算法、双/多阵的目标运动分析算法和空时综合算法等。通过建立目标运动模型对算法原理进行了深入的研究,并通过仿真验证,为工程人员在实际应用中选择合适的目标运动分析算法提供了依据。在利用海上实测数据完成算法的实践应用过程中,发现实际采集数据存在非等间隔采样的情况,所以本文提出了一种适用于非等间隔采样的优化算法模型,采用实时更新采样间隔的方法解决不完全测量情况下的目标运动分析问题,扩展了目标运动分析算法的应用范围。同时,为了将研究成果同工程应用紧密结合,设计开发了目标运动分析系统软件。根据工程实验需求,该软件平台能够快速建立仿真环境,完成算法性能的仿真,并且能实时处理海上采集的数据,辅助海洋研究人员进行更有效的海域监控管理。本文对二维空间的水声目标运动分析算法进行了多角度、多平台的研究工作,为理论的进一步研究和工程应用打下了坚实可靠的基础。