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水声图像具有直观和可视化等优点，目前已经获得了广泛的应用，但是如果要进一步应用水声成像迫切需要解决一些关键技术。论文围绕基于角域滤波水声成像的关键技术这一主题，开展了以下几方面的工作: 1.角域滤波信号处理方法。在阵列信号处理中以入射到直线换能器阵上平面声波的入射角为唯一的变量分析了三种角域滤波器的原理和设计方法。用二阶锥规划的方法设计了等波纹的角域带通滤波器，用解析法设计了角域陷波器，最后详细地设计了可规划相位的角域全通滤波器。 2.可模式识别的水声成像方法。采用角域带通滤波的方法将各个入射方向的平面波在阵元域数据中进行分离，角域带通滤波器输出的快拍数据具有阵元域数据的特性，可以进行专用算法的模式识别。论文提出可模式识别的水声成像方法，设计一系列角域带通滤波器，在角阻带相对于角通带衰减量与常规形成波束的主旁瓣比相同的情况下使角通带尽可能地窄，与多波束水声成像系统相对应设计相应的角域带通滤波器，角域带通滤波器输出的平面波快拍数据的幅度作为像素值可以成像。采用可模式识别的水声成像方法对湖、海试数据进行了成像，并与采用常规波束形成所得到的声图进行比对，结果表明这两种成像方法所得到的声图是一样的。通过仿真接收换能器阵阵元的各种误差对波束指向性的影响，结果表明采用角域带通滤波的水声成像方法和利用常规波束形成技术的水声成像方法具有相同的稳健性。 3.降低动力定位对水声成像性能的影响。分析了动力定位螺旋桨所产生的干扰和噪声的特点和浅海传播特性，仿真了不同信噪比对常规形成波束性能的影响。针对动力定位干扰和噪声非平稳性的特点，在波束形成前采用一系列大衰减量的角域带阻滤波预处理来降低动力定位干扰对各波束的影响。根据接收换能器阵各阵元在成像扇面内具有全指向性的特点，在阵元域中对各接收阵元的信号进行距离向低频陷波从动力定位强干扰所引起的盲区中恢复出目标回波的加性信号。提出在阵元域数据中用同态信号处理的方法从动力定位强干扰所引起的盲区中恢复出目标回波的乘性信号，用图像处理中的图像降噪方法来降低动力定位噪声对声图的影响。 4.提高波束角度分辨率的信号处理方法。分析了光学显微镜领域突破阿贝光学衍射极限提高分辨率的受激发射损耗显微术(STED)，借签STED技术利用激光的波动性来抵消光学衍射减少光斑的尺寸和有源降噪法利用声波的波动性对消噪声的成功实例，论文将接收换能器阵接收到的阵元域数据在角域里对消波动性来减少波束形成后的主瓣宽度，从而提高了常规形成波束的角度分辨率。利用上述的高分辨率波束形成方法形成并行处理的多波束，对湖、海试数据进行水声成像，并且与用常规波束形成的声图进行比对，结果表明论文中提出的波束形成方法能提高波束的角度分辨率。通过仿真接收换能器阵阵元的各种误差对波束指向性的影响，结果表明论文中的高分辨率波束形成方法和常规波束形成方法具有相同的稳健性。 通过论文中基于角域滤波水声成像的三个关键技术研究，可以在自由环境下进行目标模式识别和水声成像，提高了动力定位情况下水声成像声图的质量，波束角度分辨率的提高相应地提高了声图的分辨率，从而提高了水声成像的性能。