水下目标辐射噪声中的线谱成分不仅频率稳定,而且对应着水下目标的固定参数和本质特征,所以线谱的特征提取是潜艇和舰船探测水下目标的关键技术之一,直接关系到信号检测和目标跟踪效果的好坏。如何从水下目标辐射噪声中提取线谱成分的有效特征,一直是个难题。世界各国也都十分重视特征提取,投入大量的人力物力进行研究。我国对此进行多年的研究工作,取得了一定的成果,但是在实际工程应用方面仍有很多不足。此外,随着矢量信号技术的发展,矢量信号处理为目标特征提取、探测识别等领域提供了一种新的思想方法。旨在线谱成分特征提取的基础上,本文的主要研究工作如下：首先,从水下目标的功率谱分析出发,分析水下目标辐射噪声在频域分布的特征；针对螺旋桨轴频的提取,进一步研究DEMON谱分析,详细讨论了其关键步骤,此外还研究了矢量信号的DEMON谱分析。然后,基于分数阶Fourier变换的能量聚集性和螺旋桨加速辐射噪声与chirp信号的相似性,利用分数阶Fourier变换从声压和矢量两方面对水下目标螺旋桨加速辐射噪声进行提取特征,提出由频率上升斜率组成的三元数组作为水下目标辐射噪声的特征,并设计实验结合短时傅里叶变换验证了该特征的有效性。最后,针对信噪比低、多途效应等因素给线谱检测带来的困难,提出基于代价函数的多级判决算法对线谱跟踪进行了研究,针对原算法的不足,提出了改进方法,通过仿真和实验得以验证其有效性。