水下小目标的特征提取是其探测和识别的首要条件,蛙人作为主要的水下小目标,拥有与舰船、鱼雷等传统水下目标截然不同的辐射声信号特征,其信号功率低、信噪比低,通常具有随时间规律变化的特点,如何有效地从背景噪声中提取蛙人辐射声的规律时变特征是研究的重点与难点。本文针对蛙人探测的被动方法,对比携带开式呼吸器(Self-Contained Underwater Breathing Apparatus,SCUBA)的轻潜蛙人和半封闭式水下作业装置(Atmospheric Diving Suit,ADS)的重潜蛙人两种主要的蛙人,简要阐述了其不同的呼吸原理和水下辐射声物理来源。相较于常用的低通滤波解调与α滤波器检波包络分析法重点研究了多子带匹配滤波算法(Multiband Matched Filter,MF)的理论基础和数学原理,并将矢量信号的互谱处理技术引入MF算法中以优化算法性能。利用仿真信号分析了标准多子带匹配滤波算法输出(SMF)与均一化多子带匹配滤波算法输出(NMF)在抗噪和抗瞬态干扰性能上的差异,给出了一种基于MF输出包络谱计算得到的Gamma值,作为检测参考依据。并分析了在渐变SNR情况下Gamma值的变化趋势,验证了矢量信号下的多子带匹配滤波算法在低信噪比下获取稳定有效的蛙人辐射声能量包络的优势与可行性。利用矢量水听器设计完成了轻潜与重潜蛙人水池试验,采集了蛙人在不同运动情况下的辐射声矢量信号,对于时域、频域、时频域三个方面运用矢量分析方法研究了蛙人辐射声的稳态和瞬态信号特征。对于轻潜蛙人给出了稳定呼吸阶段和入水阶段分析,对于重潜蛙人给出规律排气声和瞬态脉冲信号分析。综合对比了轻潜和重潜蛙人的辐射声信号差异,给出了有效结论。首先运用一般包络分析法提取了轻潜与重潜蛙人辐射声能量包络,给出包络谱并作了性能分析。将基于矢量信号的多子带匹配滤波算法运用于试验水池数据分析,在实际噪声环境中分析SMF与NMF的输出性能,根据实际需要提出对数归一化多子带匹配滤波算法(GMF)用以提升算法输出稳定性。分别针对轻潜与重潜蛙人辐射声信号,研究分析时宽和子带数目两种主要参数对算法性能的影响,给出最佳设定值。运用GMF获取了蛙人辐射声中规律变化的能量包络,得到清晰、稳定的包络谱,提取了轻潜蛙人呼吸频率与重潜蛙人排气频率作为蛙人特征频率,验证了算法的准确和有效性。计算通过不同方法取得的包络谱Gamma值,对比分析确定了基于矢量信号的对数归一化多子带匹配滤波算法在蛙人辐射声时变特征提取中具有的优势。这对于水下蛙人的进一步探测、定位和跟踪研究具有实用的参考价值。