矢量水听器可以同步共点测量声场中的声压和质点振速。与声压水听器相比，它具有很多独特的优点:(1)声压和质点振速的同步测量增加了声场信息量，拓宽了后续信号处理空间和手段;(2)振速通道具有与频率无关的物理指向性，同时具有抗各向同性干扰能力;(3)具有左右舷分辨能力，可以在360度范围实现无模糊方位估计;(4)矢量水听器具有可旋转的指向性零点，可以较好的抑制离散强干扰源。随着潜艇减震降噪技术和声隐身技术的发展，潜艇的中高频段自噪声级大大降低，可接近三级海况下的环境噪声级。然而，受发声机理差异性等原因的限制，低频段的自噪声级并未有效降低，这使得远距离探测声纳系统的工作频率不断降低。常规声压水听器受阵列孔径尺度、增益和波束宽度等因素的限制，在低频远距离目标探测领域面临很大挑战。矢量水听器前面所述的诸多优点使其在低频弱目标探测领域倍受重视，并成为目前水声学研究的热点之一。　　矢量声场时空相关是矢量水听器阵列参数设计、增益获取、矢量信息互补性获取的理论依据，对基于矢量水听器的地声反演和匹配场定位有着重要意义。本文基于简正波理论分析了浅海声压与垂直振速的零时延相关值，对比了不同接收深度上声压与垂直振速零时延相关值的差异，结果表明，在海面和海底附近的相关值接近1，而在水体中部区域的相关值约为0。　　系统自噪声和环境噪声作为矢量接收系统工作的常见干扰，直接影响着系统的工作性能。本文结合矢量水听器灵敏度特性分析了矢量接收系统存在的常见干扰及其特性，从声场数据测量有效性角度给出了系统自噪声和加速度灵敏度所需满足的条件表达式，提出通过降低系统光路自噪声和提高加速度灵敏度来抑制系统自噪声影响的两种途径。并基于简正波声场理论分析了海面噪声源激发的浅海噪声场中声压和质点振速在深度和频率上的强度分布特性，结果表明，噪声场中声压和质点振速的谱斜率相同，约为-5.3 dB/倍频程，三维质点振速噪声强度基本一致，比声压强度低5 dB左右。　　声能流密度检测是矢量水听器信号检测的重要方法之一，但是现有声能流密度时间增益理论的预报结果经常偏离实验观测结果。本文在考虑了环境中相干分量和非相干分量的基础上，定义了相干分量系数来表征两者在噪声场能流密度的比例关系，建立了比现有理论更加精确的声能流密度时间增益理论模型，并推导得到了时间增益和相干分量系数的理论表达式，理论预报结果和实验测量结果一致。另外，实验数据处理结果表明，增加声能流累积时间可以提高声能流密度的目标方位估计精度。　　浅海波导中矢量水听器接收的脉冲声信号具有多途和频散特征，它增加了水声通信和信号处理的复杂度，但同时也携带了声源位置、传播环境的参数信息。本文针对匹配场处理计算量大、容易出现失配问题，而基于波导不变量的被动定位方法存在需要对声场进行大尺度空间采样等局限性，提出一种基于频带分解和距离加权的单矢量水听器浅海被动测距方法，该方法对矢量脉冲信号进行子带滤波，并利用信号自相关函数卷绕谱提取距离信息，最终通过声压和水平振速的联合信息处理估计出声源的最终距离。运用实验数据验证了该方法的有效性，结果表明，该方法能够对气枪声源进行有效测距，与传统单声压水听器被动测距方法相比，该方法可以有效减小代价函数的主瓣宽带、提高测距精度。