矢量水听器可以同步共点测量声场中的声压和质点振速信息,其采集的声场信息相比传统的声压水听器更加丰富,经信号处理后可以得到更好的目标探测性能。光纤矢量水听器则是一种新型水声传感器,相比压电式矢量水听器具有灵敏度高、抗电磁干扰强以及易于采样,可通过光学复用技术大规模成阵等优点,在水下目标探测领域应用前景广泛。光纤矢量水听器垂直阵列是未来水下预警探测体系的重要组成部分,与海底水平固定阵相比,其海上布放难度小,可快速布放在敏感海域对水下目标进行探测和预警,是理想的深海水声装备形式。对于水听器阵列来说,阵增益是衡量其探测性能的重要指标。因此,研究深海条件下光纤矢量水听器的阵增益特性具有重要意义。本文首先介绍了同振式光纤矢量水听器的基本结构和工作原理。然后给出声场垂直相关系数定义以及各向同性均匀噪声场模型、表面噪声场模型中噪声垂直相关性的计算方法。阐述了声压垂直阵列阵增益的计算方法,并通过公式推导得到了垂直阵列阵增益与声场垂直相关性及噪声垂直相关性的关系。然后以矢量水听器声压振速联合处理技术为基础,提出了适用于光纤矢量水听器垂直阵列的信号处理方法,并推导给出不同组合方式条件下的理论阵增益。进一步采用BELLHOP射线模型仿真分析了深海环境中直达波区和影区内声场的垂直相关性,并通过阵增益计算得到声压水听器垂直阵列的阵增益空间分布。在各向同性均匀噪声模型假设条件下,仿真计算不同组合方式矢量水听器垂直阵列的组合增益大小,并与理论结果进行比较。最后对2016年南海16基元光纤矢量水听器垂直阵列深海试验中采集的数据进行处理分析,结果表明:在直达波区声场主要由直达波和海面一次反射波组成,阵元间垂直相关性较高,阵列增益可以达到10 d B;在声影区内,海底反射波占主导,多途效应显著使信号垂直相关性减弱,阵增益相应减小至7d B;在远场条件下经过矢量组合方式处理后,光纤矢量水听器的“组合增益”可以提升2-3d B左右。上述实验结果与理论仿真结果基本一致,说明光纤矢量水听器垂直阵列在深海环境中可以得到有效的阵增益,为提高光纤矢量水听器垂直阵列目标探测性能提供了新的思路。