水声传感器是水下各种接收测量用传感器的总称,是声呐的重要组成部分。现阶段的水声传感器不但要在水下探测到声音的存在,也需要感知到声波传来的方向,也就是声源的位置。本文从以上两个目标入手,进行了一系列的工作,对水声传感器进行声源探测的整个系统进行了分析,设计和优化,通过本文设计的传感器结构,阵列以及后处理算法,可以有效的实现探测声波的目的,并运用在各种海洋活动中。首先,本文对水声传感器及其定位技术进行了叙述,介绍了压电材料的特性以及机电耦合系数。其次,本文使用PZT压电薄膜作为水声传感器的敏感部件,分析了三种不同结构的压电传感单元,选择了其中最优的固支边矩形结构作为本研究传感器的结构,从灵敏度和-3d B带宽两个方面出发对其尺寸进行了择优分析,并对择优后的结构做了模态分析和谐响应分析,给出了该结构的有效机电耦合系数,验证了择优后的结构性能明显优于未择优前结构,为固支边矩形压电传感单元的研究提供了依据。再次,本文对阵列的声源定位进行了分析设计,在正四面体阵列的基础上建立了一种正四面体体心阵列模型,并给出了声源的方向角和俯仰角关于阵列伪距的表达式以及误差表达式;对此阵列给出了算例进行分析,算例证明了该阵列误差较小,性能良好;对任意五元阵进行了优化分析,给出了最佳阵型需要满足的方程。最后对时延估计算法进行了研究,分无噪声和有噪声两种情况,模拟了使用最小均方(LMS)算法进行时延估计的过程,并就高信噪比和低信噪比情况进行了比较。本文还对LMS算法做了改进,从变步长方面进行考虑,给出了一种新的改进变步长LMS算法—GSVS-LMS算法,并与传统算法进行了对比。GSVS-LMS算法在基于Sigmoid函数的SVS-LMS算法的基础上,增加了一个参数,通过调整这个参数,可以得到比之前算法更优异的性能。在以后的时延估计后处理设计中,可以直接使用本文给出的改进算法。