合成孔径声呐(SAS)是一种高分辨率成像声呐，它利用小孔径基阵在方位向的移动来合成虚拟大孔径，以时间累积换取空间累积;由于孔径的合成随着距离增加而自然变长，通过将孔径收集到回波数据以一定的方式高效地相干叠加即可得到方位向的与距离无关的恒定高分辨率。合成孔径声呐成像技术拥有使茫茫水下混沌未知的湖底和海底景象及目标穷形尽相乃至纤毫毕现的能力，在海洋资源勘探、水下地形测绘、水下管线探测、水下考古、沉船沉物打捞、机载拖曳或UUV平台的反水雷作战等方面具有广泛的应用前景。随着应用场景的复杂多元，需要对适合于高速和机动平台下的SAS成像技术进行细致深入的研究。　　本文针对一些高速和机动平台下的成像需求，研究相关的合成孔径声呐信号处理技术，包括频分MIMO-SAS成像、FFBP成像算法及相应的更灵活的运动补偿方法、图像的PGA自聚焦应用等方面的内容。　　在某些探测任务中声呐载体的航行速度较高，为了提高设备的适装性，必须对传统的成像声呐体制进行改进，在小孔径声呐约束下，在满足测绘带宽和成像分辨率的前提下，提高成像声呐的拖曳速度。为此本文提出了使用多发射阵的频分MIMO-SAS成像方式，并结合某项目的实际需求，设计了一种频分双发多收的合成孔径声呐系统，它可以在不增加接收阵长度的情况下将载体的航速提高一倍;通过构造相应的湖试数据，对所设计的频分双发多收的合成孔径声呐成像的可行性进行了验证;成像结果表明，经水底散射后的相邻频带的回波信号的空间相关性可以满足双发多收体制的合成孔径声呐的成像要求。　　针对大运动起伏及含有适当机动的应用场景，选用时域快速算法FFBP算法作为系统的成像算法，它可以在精度和计算效率间取得较好的平衡，其内在的结构适合并行计算架构，并能适应各种成像几何和阵型，在运动补偿方面拥有极高的自由度和灵活性。一方面，提出了一种FFBP成像处理中的子孔径图像相关法和DPC法联合的运动误差估计和补偿方案，来解决DPC方法中容易产生的累积误差问题。另一方面，提出了一种FFBP成像处理中参考方位向速度信息进行非均匀孔径合并的策略，可以使SAS系统更好的适应方位向速度值的非均匀;同时，借助于子孔径图像相关法和DPC法联合的运动补偿方法及传感器测量的位置信息，将全孔径的非直线航迹近似为一个或多个直线的子孔径来处理，可以提高实际SAS系统对非直线航迹的适应性并降低非直线航迹下FFBP成像处理的复杂度，有利于高速机动平台条件下的实时处理。通过选取合适的海试和湖试数据，证明了本文提出的FFBP成像算法和运动补偿方法的有效性。　　在合成孔径声呐成像过程中，由于受到载体随机振动和不规则运动、声波传播媒介不稳定、导航系统的微小误差甚至成像算法引入的近似误差等难以避免的因素的干扰，使得回波信号的方位向存在残余相位误差，导致最后的成像结果在方位向产生散焦和模糊。图像自聚焦技术是SAS成像中解决方位向残余相位误差并最终获得衍射极限级别分辨率的必由之路;辅以中等精度的姿态和位置传感器，自聚焦技术即可在提供精细分辨能力的同时，避免DPC运动补偿对测绘速度的损失，进而提升系统的性价比。鉴于此，本文对条带式SAS下的相位梯度图像自聚焦(PGA)的应用问题进行了研究，一方面对PGA算法嵌入到具体的条带式SAS成像算法中的问题进行了分析，选用频域的CS算法作为结合PGA自聚焦迭代处理时的成像算法，同时为了提高频域成像算法对方位速度非均匀的适应性，在CS成像处理中采用NFFT(Non-Uniform FFT)技术;另外为了提高PGA算法对复杂场景目标成像时的适用性，采用了考虑SAS图像统计特性的自适应选点及窗宽估计的方法。最后通过选取对场景目标成像的实际湖试数据的进行验证，证明了所提出的PGA算法能够顺利实施并改善条带式SAS对场景目标的成像质量。　　最后对本文的研究内容进行了总结，并提出了需要进一步研究和探索的问题。