矢量水听器能够拾取声场中的声压和振速信息,与传统的声压阵相比,矢量阵具有抗干扰性强、左右舷分辨等优点,在恶劣环境中具有更好的适用性,本文在总结空间谱估计和矢量水听器的阵列信号处理的研究历史和现状的基础上,主要研究了矢量阵的常规波束形成和高分辨DOA估计。讨论了窄带和宽带信号模型,分别讨论了声压阵和矢量阵的阵列信号模型,在此基础上讨论了两种经典DOA估计算法。研究了基于矢量阵的常规波束形成及其改进算法。研究了基于声压振速联合处理的矢量阵窄带波束形成算法,该方法减少了计算量,降低了波束输出旁瓣,提高了左右舷抑制增益;研究了基于全相位预处理的矢量阵宽带波束形成算法,有效降低了波束输出的旁瓣,提高了阵列输出信噪比,并降低了计算量;研究提出了基于协方差矩阵重置的矢量阵宽带波束形成算法,进一步降低了波束输出的旁瓣。仿真实验验证了三种算法的有效性。研究了基于矢量阵的高分辨DOA估计。针对低信噪比和小样本条件下矢量阵高分辨DOA估计性能下降的问题,研究了基于主模抑制的矢量阵宽带自适应波束形成方法,该算法避免了小样本条件下数据协方差矩阵奇异不可逆的问题,提高了在强干扰背景和小样本情况下对弱目标的方位估计性能;研究提出了基于信号自抵消的最小方差无畸变自适应波束形成方法,该算法减小了空间谱的主瓣宽度,提高了在低信噪比和小样本条件下的方位估计性能。仿真实验验证了算法的有效性。