合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)是一种具有较高分辨率的新型水下成像设备,在水下探测、海底成像等领域具有广泛应用。合成孔径声呐在水下使用特定装置发射声波信号形成波束对海底区域进行扫描,并利用合成孔径、信号处理等技术对接收的回波信号进行相关处理来实现对海底区域的成像。合成孔径声呐有正侧视和斜视两种成像模式。正侧视模式的合成孔径声呐波束指向垂直于声呐的运动方向且固定不变,这导致其应用面较窄;斜视合成孔径声呐的波束指向可以在一定范围内发生改变,具有较强的灵活性,不仅能探测SAS的前方或后方区域,还可以提高发射源的隐蔽性和安全性,因而具有更广阔的应用前景。目前关于斜视SAS成像算法的研究相对较少,由于斜视SAS的回波数据存在多普勒调频效率低、合成孔径时间较长、距离-方位耦合剧烈等诸多问题,导致传统的合成孔径声呐成像算法如距离多普勒算法、调频变标算法等不再适用。因此,本文重点研究适用于斜视合成孔径声呐的非线性调频变标(Non-Linear Chirp Scaling,NLCS)成像算法,并对其做了改进,具体内容如下:针对斜视SAS回波信号的距离方位耦合量较大的问题,改进了原有的NLCS成像算法,提出在回波信号距离向处理过程中,去除多普勒中心频率,以保证Keystone变换的有效性;并提出剩余距离徙动校正处理方法,从而提高距离向处理的精确性,为后续的方位向聚焦奠定良好的基础。通过数字仿真实验验证了本文提出的去除多普勒中心频率及剩余距离徙动校正方法能够使得NLCS成像算法满足斜视合成孔径声呐的高分辨率成像要求。根据斜视SAS回波信号的斜距空变特性,研究了扩展的NLCS(Extended NLCS,ENLCS)算法,提出使用圆模型来构建同一距离单元中任意点目标与参考点之间中心斜距的关系,通过这一关系推导出剩余方位空变的距离徙动校正方法,实现对不同点目标的更准确的距离徙动校正;并利用圆模型得到的斜距关系将方位调频因子扩展到二次项,改进了ENLCS算法,从而使得方位向聚焦处理效果更加精确。通过仿真实验验证了通过圆模型构建的斜距关系对回波信号距离向和方位向处理效果比传统方法具有更高的准确性。对传统的合成孔径声呐NLCS成像算法和基于圆模型的ENLCS成像算法在方位向处理过程中产生的二次相位误差进行分析,验证了改进的基于圆模型的ENLCS算法具有更小的二次相位误差。仿真结果表明在SAS的移动速度增加到一定程度时,传统算法的二次相位误差在方位边缘处会超过误差的门限值,导致方位向聚焦效果不理想,而基于圆模型的ENLCS算法带来的二次相位误差在方位边缘处仍小于门限值,能够得到良好的方位向聚焦效果。