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合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar, SAS)是一种高分辨率成像声纳，其基本原理是利用小孔径基阵的移动来获得方位向大的合成孔径，从而得到方位向的高分辨率。无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一种能够进行自主航行和智能作业的水下平台，UUV不仅运行平稳，而且具备隐蔽性和智能化的特点，是合成孔径声纳的理想载体。基于UUV的合成孔径声纳在反水雷作战、水下管线探测、失事飞机与沉船搜寻、深海测绘等方面具有广泛的应用前景，是合成孔径声纳领域的研究热点之一。 本文围绕“十二五”期间国家863计划重点课题项目“基于AUV的低功耗和一体化合成孔径声纳系统研制”进行，研究基于UUV平台的合成孔径声纳信号处理技术，包括运动补偿算法、实时成像算法、SAS图像阴影增强等方面的内容。 UUV在水下航行时，不可避免的会出现运动误差，导致成像质量下降。合成孔径声纳运动误差具有距离向空变性，这种空变性在测绘带较宽时尤为严重，导致经典的相位中心重叠算法(Displaced Phase Center Algorithm，DPCA)难以适用。目前的分段处理方法虽然在局部缓解了空变效应的影响，但降低子带宽度将会引起运动估计的方差增大。本文提出了一种基于自适应时延估计的运动补偿方法，使用混合调制的拉格朗日时延估计算法对前后两帧回波的时延进行估计，利用线性回归拟合出运动误差。该算法不需要对回波信号做平稳性假设，因而能够克服运动误差的空变效应，仿真和湖试数据的处理结果表明，该算法能够获得比DPC算法更好的运动补偿效果，可以应用于宽测绘带SAS的运动补偿。 合成孔径声纳的性能指标不断提升，尤其是水雷、海底管线等小目标探测对成像分辨率和测绘宽度的要求较高，实时成像的运算量较大，小型化、低功耗的信号处理系统显得非常关键。本文研究了多子阵合成孔径声纳并行成像算法，通过高效并行处理实现了高分辨率实时成像，满足了UUV平台小型化、低功耗和一体化集成的要求。通过湖上试验验证，系统工作稳定，成像质量良好，达到了各项指标要求。 阴影对于声图解读和目标特征提取具有重要意义。合成孔径声纳使用宽波束发射，造成阴影轮廓被模糊。本文在分析一致聚焦物理意义的基础上，证明了使用目标的距离对阴影聚焦，可以消除合成孔径声纳图像的阴影模糊现象。据此，提出了一种多子阵SAS图像阴影增强方法，对沉船目标和浮球目标的处理结果表明，该方法能够显著增强合成孔径声纳图像的阴影，对于后续的图像分割和目标识别等步骤具有重要意义。 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。