进入21世纪以来,人类开发利用海洋资源的步伐逐步加大,针对水下世界的信息采集技术,对辅助人类海洋开发计划的实施具有非常重要的实用价值。合成孔径声纳(SAS)借鉴了雷达的合成孔径技术(SAR)的成功经验,克服了传统的侧扫声纳的作用距离和分辨率间的矛盾关系,实现了理论上距离无关的高分辨率声纳成像技术。对SAS技术的深入研究,对于推动水下遥感以及水下地形测量等测绘技术的发展,具有十分重要的意义。当前针对SAS技术的研究热点,主要集中于数据模拟、运动补偿、成像算法、干涉测量以及图像处理等几个方面。其中,数据模拟方法,主要是通过软件的方法,根据水下声波传播以及散射的原理和特性,模拟真实硬件系统的数据采集功能。SAS数据模拟方法,避免了实地数据采集的高成本和低效率问题,为相关研究提供理想的实验数据。SAS干涉测量(InSAS),是通过垂直安装的接收器阵列采集得到的SAS图像相干处理,由干涉图解算得到目标区域的相对时间延迟,进而得到目标区域的地形信息。InSAS技术利用了SAS数据高分辨率的优点,因而可以获得高分辨率的水下地形信息。本文主要针对水下地形的SAS数据建模方法以及SAS干涉测量关键技术方面开展研究工作,主要的研究内容包含以下几个方面：(1)研究基于DEM模型的SAS数据模拟方法。以实现基于DEM数据的SAS数据建模方法为目的,对于数据模拟方法中的关键问题进行研究探讨。首先,根据声波在水中传播的KHI方程的远场辐射近似表述,来模拟声纳脉冲信号的辐射场分布；由于信号的覆盖区域直接影响实际处理过程中的效率问题,本文使用由声纳孔径和声波频率所决定的包含主瓣的椭圆域来界定有效覆盖范围；声波在水中的传播模拟中,考虑了DEM数据的二维分布特点,采用掠射角比较的方法,判别由地形起伏生成的阴影区域,避免了传统的射线追踪等方法在计算上的负担；对于水底面的表述方面,采用了粗糙面模型的方式,使用成熟的BRDF模型模拟水底后向散射,实现了水底散射的方向性的同时,同时也避免了光滑面模型的缺陷。本文结合上述内容,以软件程序的方式实现了一个SAS数据模拟器的原型系统。(2)在SAS图像精确配准方法研究中,使用SIFT方法进行特征检测和特征匹配,并提出了基于光流的SAS图像精确配准方法。在SAS特征探测处理中,使用描述能力更强的SIFT方法,通过构建图像尺度空间、峰值检测和滤除处理、计算特征向量等过程,将SAS图像中的显著特征通过更丰富的量化描述表述出来；在检测到的配准图像对的特征之间进行空间位置和特征向量的距离计算,寻找特征间的最佳匹配关系,这种方法相比于规则分布遍历搜索的传统方法,处理效率和效果都有改进。采用基于光流的配准方法,结合多尺度策略或者先验地形信息,计算SAS图像中各像素的偏移量,通过平滑项系数对偏移场的连续性进行约束,这种配准方法较好地解决了由地形引起的SAS图像间的非刚性变形问题。(3)提出了一种新的最小范数二维相位解缠方法用于SAS干涉相位解缠处理。首先对最小范数解缠方法的代价函数进行分析,由于经典的L2范数不能获得比较理想的解缠结果,而主流的解缠方法的代价函数多是符合L0范数和L1范数规则的,其中符合L0范数的代价函数能够更好地处理相位不连续问题；经典的L0范数和L1范数的定义不具备变分方法所要求的可导的特点,通过采用三个满足代价函数条件的新代价函,由新函数推导出的欧拉-拉格朗日方程,使用简单的参数,即将L0范数和L1范数方法统一起来,而且成功的将Ghiglia所提出Lp范数方法归纳到新方法中。此外,提出了一种相位分解策略,在最小范数解缠处理时可以在一定程度上提高处理的效率。