介绍了一种基于MEMS工艺设计的电容式矢量水听器。该矢量水听器的检测单元包括一个“三明治”结构敏感芯片和一个采用变送集成技术的信号调理电路。通过优化敏感芯片的结构和低噪声的信号调理电路，使矢量水听器得到很高的灵敏度、分辨率。利用MEMS微机械加工工艺制作出矢量水听器，检测单元相互正交并进行了声学灌封。矢量水听器完成了水下驻波场测试，测试结果表明：该矢量水听器的接收灵敏度在1000Hz时达到一180dB（0dBre1V／μPa），动态范围大于120dB。

压差式矢量水听器基于声场有限差分原理进行声压梯度测量，而光纤声压传感器结构相对复杂，在工艺上难以保证传感器间的灵敏度一致性。研究了声压传感单元不一致对压差式光纤矢量水听器的影响，指出声压传感基元灵敏度不一致对实际应用中的行波场条件下的测量影响更严重，采用传统的驻波管校准后的压差式光纤矢量水听器在实际运用中就会造成声压的相位测量误差。提出了可通过一维方向上采用双干涉仪结构来克服此问题，并分析了该结构的压差式光纤矢量水听器的驻波管校准方法，依据该方法进行测试，可克服声压传感基元灵敏度不一致的影响，使其能在实际中得以应用。

MEMS（Micro Electro Mechanical System,微机电系统）同振型仿生矢量水听器采用MEMS二维仿生矢量水听器和标准声压水听器一体化封装,保证了通道间的严格正交,海试环境下性能测试具有＂8＂字形余弦指向性和较高的灵敏度。在性能测试的基础上对水听器的定向能力进行了实验研究,实验结果表明：同振型矢量水听器能够实现声目标定向（定向误差小于3°）和运动目标的航迹跟踪,为后续的工程化应用打下了基础。

针对纤毛式MEMS仿生单矢量水听器灵敏度偏低、频响曲线起伏较大的缺陷．对该结构水听器进行了优化设计．通过理论分析和仿真计算，从两方面进行了优化，一是纤毛材料的选择，选用光纤替代塑料柱体；二是设计了一种“半油半酯”新型封装结构．最后在国防水声一级计量站对该封装水听器进行了相应的校准测试．测试结果表明．该水听器性能较之前有了明显提高，灵敏度达到一165dB（包括前置放大26dB），频响范围为20Hz～2kHz（±4dB），具有良好的“8”字型指向性．

针对MEMS仿鱼侧线矢量水听器提出三种封装结构，即采用聚氨酯材料制成的透声帽封装结构，透声帽内衬笼状支撑体的封装结构，透声帽内衬瓣状支撑体的封装结构。采用ANSYS有限元建立三维封装模型并进行模态仿真，得出其固有频率分别为875Hz、2926Hz、3006Hz。采用Virtual．lab acoustic进行声衰减仿真并通过试验验证最终得出：内衬支撑体的封装结构，其有效带宽响应比无支撑体的透声帽封装结构宽2．2kHz左右，同时，实验表明瓣状支撑体的收缩瓣状部分具有聚能效应，这种封装结构的水听器灵敏度比其他两种封装结构在相同频率点处高8dB～12dB。

波达方向（DOA）估计是水声阵列信号处理的重要研究方向。由多个矢量水听器组成的传感器网络利用各节点所在位置的声压、质点振速可以实现DOA估计。节点的协同合作能够确定目标声源的位置。本文根据矢量水听器的特点、相关性及DOA算法等理论，仿真分析相关性对DOA算法的影响，并结合实际湖试对节点数据的相关性进行分析处理。由于各节点数据包含严重的噪声，导致其频谱情况很差，处理后节点数据的频谱及节点间的互相关性明显改善，并能有效抑制宽带噪声干扰。结果表明。处理后节点线谱信号突显出来，各节点的互相关性得到了提高，且满足DOA算法对数据相关性的要求，具有一定的工程实用性。

针对MEMS仿生矢量水听器灵敏度和频带相互制约，不能同时满足宽频带高灵敏度测量的问题，在单个MEMS矢量水听器的基础上，设计了由四个单元构成的2×2单片集成微敏感结构阵列，实现了水听器的高灵敏度和宽频带。通过理论分析和ANSYS仿真分析，确定阵列微结构的尺寸，采用硅微机械加工工艺完成了阵列微结构的加工，最后在水声一级计量站对封装好的水听器进行了灵敏度和指向性校准测试。测试结果表明：该阵列式仿生矢量水听器未加前置放大时灵敏度达到-189dB，频响范围20～5000HZ，具有良好的“8”字型指向性。

根据仿生鱼类侧线细胞纤毛原理,设计、制造并测试了一种新型双纤毛压阻水听器,用于检测水下声信号。与传统的压电水听器相比,这种水听器具有体积小和矢量性的优点。利用聚氨酯仿生细胞壁作为透声帽,利用硅油模拟细胞液和压阻微梁模拟感觉纤毛三层拾振结构,从而提高纤毛式水听器的可靠性。封装以后的纤毛式水听器采用振动台和矢量水听器校准系统进行测试,测得谐振频率为2.03 kHz,灵敏度可达-180 dB,具有余弦＂8＂字指向性。

纳机电矢量水听器是一种新型的声音传感器,根据鱼类侧线听觉仿生学原理设计。文中对这种传感器的定向功能进行了研究,综合国内外各种文献中的几种单矢量水听器定向算法,选取了波束形成法应用于纳机电矢量水听器。并对水听器的测向功能进行了室外水库测试,实验结果表明：在室外水库较复杂的环境中,纳机电矢量水听器能够实现声目标定位,为下一步的海洋真实环境测试打下基础。

介绍了改进的MUSIC算法在矢量水听器阵波达方向估计中的应用,并描述了该算法的原理及应用过程.计算机仿真的结果表明,改进的MUSIC算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA,也能有效地估计出相关信号源和相隔比较近的小角度差信号源的DOA,从而证明了这种改进MUSIC算法的合理性.