水下考古、水雷探测、管道探测等需要对浅海掩埋物进行探测的场合,由于沉积物回波较弱,海底反向散射噪声与目标反射特征难以区分,被海底沉积物覆盖的目标的探测与识别比水中目标探测更为困难。对于掩埋物体回波是否能够被有效检测到以及如何识别,这与发射信号源、波束入射角度、水底分界面介质的物理特性、被掩埋物体材质几何形状等密切相关。故有必要对声波在传播及散射过程中一些物理声学原理进行仿真研究从而提出更有效的检测方法。此外,高频超声波在水中和沉积层中衰减较大,接收端信噪比及信混比均较低。使得掩埋物探测主要使用低频超声波,但是低频超声波的指向性差。随着基于声学参量阵的高指向性、低频信号源的应用场景越来越广泛,这一技术在掩埋物探测应用中具有较大的应用潜力。针对低频声呐对掩埋物的探测与成像,本文基于仿真及实际实验研究了水下掩埋物探测及成像中发射声源特性、水下掩埋物的声散射机理,回波特性及信号处理方法。首先,本文阐述了相关技术的基本原理与应用状况。其次,基于目前比较主流的多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics,和有限元方法(Finite Element Methods,FEM),研究了Helmholtz-Kirchhoff积分方法及自由空间中目标散射强度的分布状况。此外由于掩埋/沉底目标的探测效果取决于实际环境中沉积层及水-底质分界面的物理声学特性,本文针对Biot-Stoll多孔声学理论这一公认比较好的解释进行了沉积层声学特性的仿真研究,得到了典型水下底质中反射系数,吸收系数,声速频散状况的特性曲线及界面声场分布情况。根据上述建立的物理声学场模型,初步仿真并得到了掩埋回波的时域波形,研究了回波的信号处理方法。首先,针对低频高指向性参量阵声源的信号处理方面,研究了探测中常用的LFM(线性)信号在参量阵发射下的频谱失真,基于失真特性改进了传统匹配滤波器的脉冲压缩处理方法,通过实验验证了脉冲压缩效果。结果表明对参量阵线性调频信号(PALFM)的压缩有效并且无旁瓣。其次,讨论了参量阵发射阵列的特性,研究了设计阵列的基本原则。最后,在确定衰减、吸收及散射模型之后,本文研究了掩埋目标回波的阵列信号处理算法,设计了仿真及实际实验综合验证了探测及成像的可行性。通过对实验数据的分析和处理,初步得到了目标成像结果,验证了信号处理方法的有效性。