合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,简称SAS)起源于合成孔径雷达(SAR)领域,是一种新型的高分辨率水下探测设备。SAS利用小孔径基阵在方位向上的运动来合成虚拟大孔径,以获得方位向高分辨率。而收发分置模式的双基合成孔径声呐(BISAS)又具有获取信息丰富、抗干扰性强及隐蔽性高等技术优势,在军事和民用上有着广阔的发展前景。由于声呐和雷达有颇多相似之处,SAR的一些技术也可应用于SAS领域。但是受水下复杂环境的影响,SAS相对于SAR面临了更大挑战。首先是水声信道的多途效应问题比空气中更严峻,表现为SAS成像中更严重的虚假目标;其次声呐运动稳定性比雷达要差,风浪、水流等的影响会导致声呐大幅度偏离理想航迹,大大降低成像质量;最后声速要远小于电磁波在空气中的传播速度,这使得声呐速度要相当慢才能保证足够的采样。另一方面,高分辨率成像所需采集的大量数据也对SAS系统造成了很大压力。针对以上问题,本文以双基SAS为例进行了研究,主要内容可概括如下:(1)针对水声多途效应会导致BISAS成像质量下降的问题,提出了将虚拟时间反转技术与合成孔径成像算法相结合的方法。先通过匹配相关法进行信道估计,再利用时反原理抑制回波信号中的多途干扰,最后进行BISAS成像处理。仿真结果验证了该算法的有效性和抗多途干扰的性能。(2)针对运动误差会降低BISAS成像清晰度的问题,研究了双基模式下的运动误差模型及其对成像结果的影响,分析、提取出回波数据中的误差分量并加以补偿。运动补偿之后的残余误差则利用条带化后的相位梯度自聚焦算法(PGA)进行处理,并提出了自适应窗宽估计方法对加窗步骤进行改进。仿真实验的对比分析可看出运动补偿及成像聚焦算法的有效性。(3)针对BISAS系统降低数据量的要求,提出了基于二维压缩感知的BISAS成像算法。通过分析回波信号特点,先后在距离向、方位向上构建稀疏表示模型,最后利用稀疏自适应匹配追踪(SAMP)重构算法获得成像结果。通过与双基R-D成像算法的仿真对比可知,基于二维压缩感知的BISAS成像算法能够以较少的采样完成成像,并且可以有效地抑制旁瓣,得到高质量的成像结果。