随着对海洋探索的愈加深入,对水下目标探测能力的要求也在愈发严格,因此对水下目标探测技术的深入研究是迫在眉睫的事情,准确地探测水下目标也是目前海洋技术研究领域的热点问题。本课题针对水下目标的探测需求,探究了浮标的测姿技术以及矢量水听器对水下目标方位估计原理及算法,在此基础上,利用多矢量水听器的数据融合技术进一步提高定位精度,最后设计了一种被动式水下探测仿真系统,能够与研究人员进行界面交互并对研究内容进行仿真,有效降低研究成本。首先,设计了基于三轴加速度计和三轴陀螺仪的浮标测姿系统并且对该系统进行验证。分析姿态检测系统的理论知识,设计系统的硬件电路以及软件算法,并对系统展开测试,包括对传感器模块、静态性能和动态性能结果进行分析。测试结果得到整个系统具有较好的静态性能和动态性能,可以满足实际情况下对浮标姿态测量的要求。其次,主要对单矢量水听器和矢量水听器阵列的定向估计原理进行研究。单矢量水听器基于平均声强器法进行目标方位估计,并采用卡尔曼滤波算法提高对目标的定向精度。矢量水听器阵列基于其信号处理模型,采用TLS-ESPRIT算法和求根MUSIC算法进行目标方位估计,结果表明在一定程度上提高信噪比并且增加一定的快拍数可以降低目标方位估计的误差,提高对目标的定位精度。然后,对参数级和特征级融合定位算法进行了研究。参数级融合定位算法包括Chan定位算法和Taylor定位算法,分析其原理并对比不同误差下两种算法的定位精度,随测量距离误差增大Taylor算法的性能优于Chan算法。特征级融合定位算法主要研究GDOP权值法,基于单矢量水听器对目标的高精度定位,进一步建立双基站和四阵元测量阵系统模型并对测得数据加权综合处理,得到四阵元定位精度更高。最后,构建被动式水下探测仿真系统,根据研究内容和模块化设计思想,结合测姿模块、目标探测模块、三种矢量水听器数据融合算法以及对海况信息的记录和监测,结果直观显示,提高研究效率。