由于真实战场中的环境噪声较强,远程的声目标非常微弱,导致需要被检测的声目标信噪比降低,如何实现强噪声背景下微弱声目标的快速检测是需要重点研究的方向。目前应用于微弱信号检测的线性检测方法都是尽量抑制噪声,从而实现微弱信号的检测。然而,如果噪声与有用的信号处于相同的频段,对噪声进行抑制处理时,有用信号也可能会受到损害,很大程度上影响了微弱信号检测的性能,另外当噪声很强时,一般的线性检测技术在短数据集条件下可能已无能为力。随机共振是在某些非线性条件下,因微弱信号和随机干扰的共同作用导致的非线性系统增强周期性输出的现象,随机共振检测法利用噪声的部分能量转化为信号能量的机理得以实现更低信噪比条件下的微弱信号的检测与特征提取。随机共振模型的检测法可以通过硬件实现,其高效、快速的特点使之具有能够实现实时检测的能力。声场由具有声压信息的标量场和振速信息的矢量场组成,无指向性的单声压传感器不能提供目标的方位信息。单矢量传感器具有偶极子指向性,可以根据振速传感器测定振速的方向从而提供声场的源方位信息。因此,本文以战场中的微弱声信号检测为目标,首先阐述基本的检测模型和理论,分析双稳系统离散模型的稳定条件。仿真分析出现随机共振状态时非线性双稳态系统、待测信号和噪声之间的关系以及系统结构参数、噪声及信号特征参数对随机共振系统检测性能的影响规律,引入一种尺度变换,拓展随机共振所能检测信号的频率范围。分析并研究了多个频率驱动信号情况下的随机共振现象以及直流分量对随机共振系统的影响。对带限色噪声进行分析,提出了一种改进的随机共振方法。针对微弱周期信号、微弱冲击信号这两类特征信号的检测,给出双稳系统随机共振模型的检测算法。探讨平均声强器和复声强器的单矢量传感器方位估计方法,并与随机共振法相结合实现更低信噪比下的微弱声目标的方位估计。最后,通过试验数据的处理,对研究方法的有效性进行了验证。实际军演中的微弱稳态声目标和微弱瞬态声目标的试验结果表明,将随机共振检测法应用于战场微弱特征声目标的检测与处理之中并结合声矢量传感器实现微弱声目标的方位估计是可行的。