鉴于声波在海洋中远距离传输信息的有效性和可靠性，使其广泛用于远距离军事目标探测、海底矿藏开发、鱼群探测、海洋动力过程观测、地震波检测等领域。矢量水听器作为一种新型的水下声波接收换能器，可以获得水下声场的矢量信息参数，并且在抑制各项同性噪声、目标定位、低频指向性等方面具有其显著优势，为解决水声领域问题提供了许多新的方法和思路。近年来，矢量水听器技术凭借其良好的声学性能已经成为国内外水声技术领域中最具有发展潜力的研究方向之一。

根据矢量水听器接收信号的不同，又可以分为声压梯度式、加速度式与速度式。在实际应用中声压梯度式与加速度式矢量水听器由于其声压灵敏度为一条6dB/oct的斜线，为后续处理带来一定的难度，而速度式矢量水听器其声压灵敏度在谐振频率以下时为一条水平直线，与声压水听器类似，有利于后续处理。

为满足声学探测的需要，设计了一款速度式矢量水听器，其工作频带为20Hz-2000Hz，声压灵敏度＞-200dB，凹点深度＞20dB。首先根据工作频带上限确定矢量水听器的最大尺寸，通常要求矢量水听器的尺寸要远小于波长，在实际中，其直径小于波长的1/3即可满足。

其中c为水中声速，

为工作频带上限。由上式可以计算得到矢量水听器的最大直径需小于25cm。为分析矢量水听器的工作性能，利用有限元软件对速度式矢量水听器进行仿真分析，在仿真中矢量水听器的直径为20cm，采用的速度式传感器其灵敏度为4V/(m/s)，仿真频带为20Hz-4000Hz。

图1 矢量水听器仿真模型与灵敏度曲线图

图1为矢量水听器的仿真模型与灵敏度曲线图，在仿真中矢量水听器设为一中性密度的刚性球，外部为水域，施加一平面声场入射到矢量水听器上。从矢量水听器灵敏度曲线图中可以看出在20Hz-2000Hz的工作频带内矢量水听器的灵敏度约为-232dB，在2000Hz以后灵敏度曲线略有下降，在实际应用中需要连接前置放大器保证信号的放大与远距离传输。

在结构设计中，矢量水听器采用轻质浮体材料作为耐压壳体与平衡密度的材料，选用速度式传感器作为信号接收器件，装配后的矢量水听器如图2所示。

图2 速度式矢量水听器样机

矢量水听器装配后在消声水池中进行测试，主要测试项目为矢量水听器的灵敏度与指向性，测试结果如下图所示。

图3 矢量水听器3通道灵敏度与指向性图

图3为速度式矢量水听器样机的x,y,z三通道的接收灵敏度与指向性图，三个通道一致性较好，灵敏度约为-185dB（含前置放大），在20Hz-2000Hz的工作频带内起伏约为5dB，三个通道指向性均为较好的余弦性指向性，凹点深度约为20dB。