水下目标探测在海洋防务和海洋工程领域备受关注。实现水下声场的探测是突破水下目标识别、定位、跟踪等难题的基础。目前用于水下目标探测的方法众多,其中“激光-声”联合探测属于一种前沿基础研究方法,作者所在实验室从2008年开始便致力于“激光-声”联合探测水下声目标的研究,并取得了一系列的阶段性成果。但是关于探测信号频谱混叠情况下的多声源准确探测一直是技术瓶颈。因为当水下存在多个声源,且各声源频率接近时,激光相干探测信号的频谱将混叠在一起,无法直观的判断出声源的个数,也无法利用传统的方法直接获取水下各声源发声频率。本文的研究目的就是解调出水下多个频率接近的声源发声频率。围绕这一主题,本文主要从以下几个方面展开研究:建立了水下多声源频率解调的理论模型,并进行了仿真验证。分析水下目标辐射噪声的特性、噪声在水介质中传播时的衰减特性以及噪声传至水表面形成水表面声波的原理。着重探讨水下存在多个声源,且探测信号频谱混叠在一起时的频率解调方法,提出一种基于Hilbert变换的水下多声源频率解调方法,推导出水下多声源探测信号经处理后的具体数学表达式,并仿真验证解调方法的正确性和可行性。研究实测水下多源声信号频率提取的频率解调实现。根据理论模型的推导和实际探测实验的分析,以MATLAB为平台,研究实测信号的解调算法实现。结合五点三次平滑滤波方法对探测信号进行预处理,使得自然水表面波动引起的频带对信号解调的影响降到最低。借助小波包分解与重构的方法将有用信号频带从干涉信号中剥离出来。通过对信号Hilbert变换及模值计算和平滑滤波等处理使得原来混叠在一起的多个频带得以分离,最后通过频带中心值搜索计算获取水下多个声源的发声频率。设计并在光学暗室下搭建一套水下多声源解调系统。根据本课题探测信号的特征,结合实际探测技术要求,设计一套水下多声源解调系统,根据实际探测需求对一些关键器件进行分析和选择。在光学暗室下搭建实验系统并进行调试,使之能达到探测要求。为验证本文提出的解调方法的可行性和准确性,利用搭建的激光相干探测系统进行发声频率在1kHz-10kHz之间的多个频率组合的水下目标探测,并进行水下声信号频率信息的探测效率评估。实验结果表明本文所提出的信号方法能很好地实现水下复杂声信号频率信息的检测,为水下声信号处理提供了新的思路。