矢量水听器通常是指由一个声压传感器和多个振速传感器复合而成的水下传感器,可以同步共点获取声场的声压及振速信息。光纤矢量水听器是矢量水听器的一种,与其他矢量水听器相比,它采用光纤传感技术,实现了水下声振动向光信号相位的转换。它具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点。水下目标线谱检测技术是目标检测的重要方式,在水声工程领域得到了广泛的应用,是声纳设计者重点关注的问题。本文研究基于单个光纤矢量水听器的线谱检测技术,探讨联合利用声压和振速信息实现目标检测的新方法。本论文的研究内容和成果包括:1、简要介绍了光纤矢量水听器的传感原理、基本结构和相关技术指标,并给出了目标检测的数学描述、检测的一般流程以及检测器性能的评判指标等基础知识。2、提出了一种对实信号适用的加窗相干叠加检测方法(WPCPR),详细阐述了该方法的数学原理,给出了它的处理增益表达式,并与传统的功率谱检测器(AVGPR)进行对比。理论分析、仿真实验和湖试数据的处理结果皆表明,WPCPR比AVGPR具有更高的处理增益。针对仿真和试验数据处理中出现的检测器处理增益低于理论值的情况,论文从频域波束形成的角度给出了解释。此外,论文还分析了两种检测器检测概率的差异,结果表明:在相同虚警率和信噪比条件下,WPCPR具有更高的检测概率。因此,本文提出的WPCPR是一种比传统AVGPR更好的线谱检测器。3、基于单矢量水听器的信号模型,推导了振速通道存在自噪声的情形下,常规波束形成器和MVDR波束形成器的指向性指数(DI),结果表明随着自噪声的增大,常规波束形成器的DI会减小到0dB,而MVDR波束形成器的DI总是高于0dB。由于波束形成器的DI与检测器的空间增益相对应,因此在矢量水听器的线谱检测中,如果选择常规波束形成器,则自噪声大的振速通道应丢弃,相反地,如果选用MVDR波束形成器,则振速信息应保留。湖试数据的处理结果验证了该结论的有效性。4、针对试验装置中四个声压水听器环形布置的情况,论文推导了四个声压通道直接求平均的输出信噪比相较于四个声压通道做波束形成的输出信噪比的降低量,即所谓的“增益损失”。论文给出了增益损失与频率的变化关系,结果表明,当信号频率较高时,四个声压通道直接求平均会导致输出信噪比低于单个声压通道的信噪比。5、在采用波束形成提高检测器的空间增益的同时,本文将WPCPR的相干叠加思想应用于MVDR波束形成器的输出,进一步提高了检测器的时间增益,光纤矢量水听器的湖试数据验证了该方法的有效性。