水下目标探测在海洋环境监测，国家海防等研究领域有着极其重要的地位，是水声领域研究的热点和难点。本文围绕水下目标探测和相应的矢量水听器应用技术展开研究。　　论文首先对国内外矢量水听器技术、目标探测和方位估计算法进行了回顾。对水下噪声与水下目标噪声特点进行了深入研究，从噪声构成、谱特性、变化性、幅度特性到海洋环境的基本特征都进行了较全面的分析。然后从矢量水听器输出模型，水下声传播模型的基本理论出发，对矢量水听器模型进行了全面的研究。　　研究了声矢量信号复声强分析与计算，详细研究了浅海环境均匀水层中的点源声场简正波复声强理论和连续小波变换的时频分析方法，对相应算法做了大量的仿真实验并对实验结果从理论上做了分析。研究结果和仿真数据表明，利用简正波计算对水下目标在临界距离范围内进行深度估计还是有条件的，本文研究条件下的最佳的小波函数为B-样条小波函数。　　以单矢量水听器的目标探测为背景，在原有探测方法的基础上，结合复声强计算方法、连续小波时频分析、Pekeris简正波理论和幅度起伏特性分析提出了改进后的水下目标探测方法，本文称之为“分段联合探测法”。该方法不仅能够对水下目标声信号进行能量检测，还可以在一定条件下利用特定频段进行目标特定深度的分类估计，对目标持续时长和时频特点进行检测判决，从而能够有效降低“干扰目标”引起的虚警。　　结合水下目标探测系统的具体应用，分析了SOPC系统实现目标探测的优势，研究了SOPC系统设计方法和流程，构建了能够完成高性能数字信号处理功能的SOPC系统，进行了多CPU的SOPC系统配置、SOPC存储电路和主要外围电路的接口设计。