合成孔径声呐成像技术
1.1 合成孔径声呐成像算法
声呐成像是由回波信号解算出声呐图像（反射系数矩阵）的过程。SAS成像算法是在SAR算法、CT成像算法、地震波反演、声呐方位波束形成方法基础上发展起来的。SAS成像的研究目前主要集中在条带式（stripmap）正侧视（broadside looking）场景，斜视和聚束SAS成像也开始引起研究者的注意。
SAS成像中声波的波长通常为分米波和厘米波，与典型的SAR成像波长相近。由于水声速度低，相同波长SAS对应的水声频率很低，如水声信号波长1.5 cm对应的频率为100 kHz、波长1.5 dm对应的频率为10 kHz（水声传播速度取1 500 m/s)。频带足够宽才能提高成像的距离分辨率, 因为载频低，所以SAS成像通常相对带宽较大。因此，SAR成像中RD、CS等适合窄带的算法，在SAS成像中很少采用。ωk是一种适合宽带成像的频域算法，SAS领域普遍采用。但是，SAS采用多接收子阵成像，存在空间采样不均匀问题，需要相位修正才能完成频域处理。
时域逐点延时相加法，是SAS最基本的成像方法，相当于SAR中的二维时域相关处理法。这种方法运算效率比频域算法低得多，在实时成像系统中较少采用。但是时域算法对多接收子阵成像，空间采样不均匀性影响小、处理灵活。FFBP算法是一种源于医学影像中的快速后向投影算法，通过牺牲一定的分辨率提升运算速度。基于二维矩阵数表的时域方法，通过存储多个事先计算好的多个二维矩阵，实现实时成像。该方法通过增加一定的数据存储单元，实现了高速精确的实时成像。
经过多年的发展，SAS成像算法基本成熟，可以满足工程实际要求。
1.2 合成孔径声呐运动补偿
从SAS概念的提出到现在，运动补偿一直是本领域关注的焦点问题[4-7]。对于合成孔径处理，“运动”既是解答又是问题[9]。一方面，孔径的合成依靠运动；另一方面，运动误差（运动未按照理想模型进行而带来的误差）会对成像质量产生影响。运动误差的测量、估计及补偿是SAS处理中十分关键的问题。
该方面的研究是在借鉴SAR领域的成果之上进行的。SAS运动基本思路是按照大的运动误差抑制由运动误差估计及补偿实现，残余的运动误差及声波传输媒质不稳定的影响可通过回波数据的相关性进一步补偿。
尽管从起步阶段一直是关注的问题，也取得一系列研究成果，SAS运动补偿研究远未成熟。而且随着分辨率、作用距离等需求不断提升，工程上对运动补偿要求也越来越高。
1.2.1 基于回波的运动补偿
根据理论分析，运动误差超过波长的1/8就会对SAS成像产生明显影响。早期SAS运动补偿研究，主要集中在回波数据的相关性及其在运动补偿方面的应用上。因为验证主要依拖曳平台进行，较少配置运动测量设备，即使配有高性能的组合惯性测量（或惯导）也达不到要求的精度。
基于回波数据的运动补偿主要围绕D P C（displaced phase center）或改进型展开。DPC方法与雷达成像中的动目标检测相似，利用多接收子阵相邻周期回波的重叠相位中心相位，估计出运动误差，从而进行运动补偿，相关研究也有一些成果[8-10]。
通过各距离上回波数据DPC及平均处理，可以得到运动误差估计，再将得到的估值修正各距离上回波数据，就完成了运动补偿过程。这类基于回波的运动补偿，在仿真试验和实验室水槽试验中，可以取得较好效果。但是，对湖海上试验数据，运动补偿效果还存在鲁棒性问题。与SAR不同，SAS成像具有大距离向开角的特点，空变效应明显。非理想运动航迹产生的误差，映射到不同距离的回波数据上，尽管变化规律相近但误差曲线不完全相同，空变效应越大、误差曲线差异性越大。解决空变的方法按照距离分段进行运动误差估计及其相应的运动补偿，但是分段过多会带来误差估计信噪比降低、各段边缘相位连续性变差等问题。
1.2.2 基于运动传感器的运动补偿
SAR运动平台（如飞机、卫星等）一般配有运动传感器（惯导），SAR成像中通过运动传感器进行运动补偿（粗补偿），并通过后续的图像域进行自聚焦处理，对残余误差进行补偿（精补偿）。
SAS研究早期中采用拖曳试验平台一般不配备高精度运动传感器。随着SAS技术不断发展、工程上也开始得到应用，近年来先进的SAS系统也开始配组合运动传感器（如光纤陀螺仪、声学多普勒计程仪、水下超短基线定位仪等）。另外，无人潜航器（UUV）平台都配有惯导系统，可为UUV搭载的SAS系统提供运动测量信息，用于相应运动补偿。
法国Xblue公司采用Phins组合运动传感器与DPC融合方面，一直开展相关研究，并取得一定进展。
1.3 基于地理信息系统的图像镶嵌
利用SAS搭载平台的运动测量信息生成的地理信息系统，可以对目标自动定位、支持自主作业航迹规划。在地理信息系统中，对条带成像后的声图进行镶嵌（或称拼接），形成大范围的图像。
基于地理信息的粗粒度拼接，主要利用多幅图像的地理信息，典型的如GPS，将多幅图像的重叠部分进行融合后拼接。其基本步骤如下：
（1）图像预处理。
（2）构造特定分辨率的图像矩阵，并确定各网点的地理信息。
（3）计算多幅待镶嵌图像各点的地理信息，并将各点的地理信息与构造的图像矩阵进行对应，将像素值增加至相应的图像矩阵网点上。
基于图像特征的细粒度拼接，利用图像本身的各类统计特性或特征进行图像的配准和拼接。在粗拼接的基础上，进行精细处理，可获得更好效果。
1.4 水声环境影响
水声信道的稳定性、时间相关性与空间相关性以及物体声散射特性等是合成孔径声呐的物理基础。20世纪70—80年代的研究和一些实际海上测试工作，主要集中在合成孔径技术在水下是否能够应用方面。试验表明，海洋声场的空间相干长度一般有几十到几百个波长，时间相干性一般有几分钟到几十分钟，能够满足孔径合成的要求。
成像中声波传播过程受水声信道制约是从信息传输的角度描述，从水声物理的角度来说，这个过程主要受水声环境的影响和制约。随着SAS研究的深入和工程上的成功应用，水声环境对成像的影响也不断深化。水声环境的制约是影响SAS成像质量进一步提高的关键因素，开展该方面的研究是十分有意义的。但水声环境不同区域差异大，需要大量试验支持，相关结果在图像重建中模型修正复杂；该方面的研究的特点是高投入、高风险，若能取得实效也将高回报[
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