与传统的声压水听器相比，矢量水听器可以同时同点测量声场中的声压和质点振速，具有与频率无关的指向性，可以对目标进行全空间无模糊定向，这些信息为其信号处理带来了更大的发展空间。本文以压差式矢量水听器为研究对象，在各向同性噪声场中，利用平面波声场中声压和质点振速的相关性，得到多目标方位估计的数学模型，利用遗传模拟退火算法解此数学模型从而实现单矢量水听器的多目标方位估计。本文首先对同振型矢量水听器和压差式矢量水听器的工作原理及信号模型进行了推导，简要地介绍了几种常见的单矢量水听器定向原理，并利用仿真分析了单矢量水听器确定声源方位时所产生的误差。在各向同性噪声场中，利用平面波声场中声压与振速的完全相关性，从理论上推导出多目标方位估计的数学模型。对遗传算法、小生境遗传算法、模拟退火算法、遗传模拟退火算法的原理进行了分析和算法编程，并对几种算法的搜索性能进行比较，遗传模拟退火算法的搜索精度最高，收敛速度最快，并利用仿真详细地分析了遗传模拟退火算法中的运行参数和控制参数对搜索精度的影响。利用遗传模拟退火算法求解多目标方位估计的数学模型进行多目标的方位估计。分别对声场中存在的两个窄带目标，三个窄带目标，两个宽带目标，三个宽带目标进行仿真研究，得出该方法对于窄带目标和宽带目标均适用。运用改进的方法对声场中的四个宽带目标进行仿真研究，改进的方法还可以有效地提高计算结果的精度。对声场中目标数未知的情况进行仿真研究。