随着海洋技术的不断发展,人们日益重视海洋的保护、开发和利用。声波在水中具有最远的传播距离,使得水声已成为海洋信息传感和传输的主要载体,水声技术受到人们广泛的关注和研究。光纤水听器是采集水声信号的传感器,其具有探测灵敏度高、抗电磁干扰等优势,从而成为探测水下声波的主要工具。然而在复杂多变的海洋背景噪声中,水声信号在传输、采集甚至接收中都会不可避免地引入一定的噪声,使得光纤水听器接收到的水声信号产生畸变和失真现象。因此,如何有效对水声信号进行去噪是目前水声信号处理领域的难题。为了解决这一难题,本文将基于变分模态分解（VMD）方法对光纤光栅水听信号进行去噪研究。具体的研究工作如下:首先,针对外界温度变化导致光纤光栅（FBG）中心波长发生漂移的问题,本文从光纤光栅的基本特性及传感原理出发,设计了一种基于薄膜增敏的双光栅结构传感探头。为了能够准确探测目标信号,分析了双光栅结构传感探头测量水声信号的特性,设计了一透一反和两反射两种光纤光栅传感系统的光路,并对两种传感系统的输出光谱及FBG的半峰宽对输出光功率的影响进行了仿真。最终设计完成了光纤光栅水听器探测系统,实验结果表明设计的光纤光栅传感探头能够探测水下100Hz-1000Hz的低频声波,并且可以对水声信号的强度进行探测。其次,针对水听器采集信号过程中存在的外界环境噪声干扰问题,本文提出了一种参数优化变分模态分解和小波阈值（GAPSO-VMD-WT）相结合的单目标水声信号去噪方法。该方法选择能量熵作为GAPSO算法的适应度函数,并引入相关系数来评价固有模态分量和原始信号之间的相关程度,通过仿真实验,证明了本方法与CEEMDAN-WT、EEMD-WT、EMD-WT、WT等方法相比,具有更好的去噪效果,信噪比平均提高约14.5d B左右。然后本文对多目标水声信号的分离及去噪进行了研究,提出一种基于参数优化二次变分模态分解和希尔伯特变换（GAPSO-QVMD-HT）相结合的方法,并使用此方法对双目标混合信号及三目标混合信号进行了分离去噪仿真研究,最终有效分离提取出各个目标信号的频谱信息。最后,为了验证本文所提方法对光纤光栅水听实测信号的去噪效果,将GAPSOVMD-WT方法和GAPSO-QVMD-HT方法分别应用于实测试验中。实验研究结果表明:GAPSO-VMD-WT方法能够很好地恢复目标信号的波形,去噪后信号的能量几乎不损失,具有良好的去噪性能;GAPSO-QVMD-HT方法可以有效分离频率间隔100Hz和50Hz实测信号的频谱,并且经二次VMD分解去噪后,信号的瞬时频率被清晰地呈现出来。