海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,它是海洋环境的鉴别特征;也对探测声信号构成干扰。因此,我们既可以利用海洋环境噪声进行海洋参数反演;又可以利用海洋环境噪声在一定尺度内不相关的特性,通过布阵抑制海洋环境噪声提高声纳设备的信号检测概率。对于矢量水听器,其固有的偶极子指向性,可以有效抑制各向同性噪声,不同方向质点振速的测量可将噪声场分解为水平和垂直方向进行研究。与普通矢量水听器相比,光纤矢量水听器具有灵敏度高、传输损耗小、组网便利、便于长时间监测等优点。本文基于光纤矢量水听器对海洋环境噪声场的相关特性、谱特性和指向性进行了理论分析、建模仿真和试验研究:1、推导了单点和垂直均匀线列阵的声压和质点振速的相关矩阵;系统阐述了表征海洋环境噪声矢量场谱特性的噪声谱级、相干函数、相干场和扩散场、相位谱等基本概念和物理意义;推导了考虑振速通道自噪声情况下各向同性噪声场中矢量水听器的空间增益。2、建立了基于抛物方程的海洋环境噪声矢量场模型,并对点源和表面噪声源进行了水平相关性、垂直相关性、垂直指向性和噪声谱级的仿真,验证了模型的正确性。3、通过矢量波束形成方法仿真研究了海洋环境噪声场指向性的特性,对试验数据进行了处理:说明浅海近岸水平噪声,无雨时主要来自开阔外海,大雨时接近于各向同性;分析了指向性与空间增益之间的关系。4、进行了单基元四分量光纤矢量水听器浅海环境噪声的海上测量试验,并对无雨和大雨的试验结果进行了对比:无雨时,200Hz以下声压轴和X轴相干系数较大,有沿X轴方向的噪声能流;Y通道在800Hz以上相干系数较大,存在噪声能流,可能是远海的风动噪声产生;存在噪声能流时,相位差较为稳定。大雨时,各个通道之间相干系数很小,噪声场能量处于“冻结”状态。