随着管道技术的迅速发展，管道巡检装置的地面标记技术呈迅猛发展的趋势。基于声学原理的管道巡检装置地面标记技术已成为现今研究的热点与难点。寻找合适的声学传感器是这项技术的核心。MEMS声矢量传感器是中北大学自主研制的新型矢量传感器，具有矢量性、体积小、灵敏度高、稳定性能好、成本低等优点。基于以上背景，创新性的提出将MEMS声矢量传感器应用于管道巡检装置的地面标记中。对于MEMS声矢量传感器而言，这是一项从海洋到陆地的突破。围绕这个课题，首先研究了声信号在土壤环境中的传播机理。根据Biot理论，推导出声波在土壤环境中传播的形式，定性的分析了各种声波形式的特点。最终推导出声波中的快纵波是土壤中传播的主要形式。然后分析了管道巡检装置在管道中运行时发出的声音信号特征。在上述分析的基础上，针对声信号的特殊特征及土壤环境的特殊性，对MEMS声矢量传感器做了相应的优化改进：1.设计橘瓣式结构提高其灵敏度；2.长圆柱型结构增加传感器与土壤的耦合性。进一步的，对单声矢量传感器进行计算机仿真。仿真分析了单声矢量传感器良好的定向能力，进而设计实验，利用波束形成法验证其对土壤中声信号的良好定向性能，平均误差限于5°之内。在单声矢量传感器的实验分析基础上，对矢量阵的多源分辨能力及波达角方向的分辨能力进行了仿真分析及实验验证。首先，理论分析计算了矢量阵的布阵形式及具体参数。进而对其指向性、多源分辨能力及波达角方向的分辨能力进行计算机仿真并分析了其影响因素。最终进行了实验验证。初步验证了其对多声源估计的可行性。但是，受其一致性的影响，矢量阵对波达角方向的分辨能力及测距能力并不理想。测试结果也对MEMS声矢量传感器的改进提出了要求，也希望本文能够为实现MEMS声矢量传感器在管道巡检装置的地面标记方向的应用起到推动作用。