本文围绕着声透镜成像技术，对透镜声场模型的改进、透镜系统的分析与设计、透镜系统的水池试验及可用于声透镜成像技术的压缩传感理论四个方面展开了研究。详细阐述了混合法透镜声场模型的基本结构及实施方法，并分析了其优点及仍需改进的地方。在此基础上，提出了改进的混合法透镜声场模型，即改进的射线声学-基尔霍数值积分混合模型和改进的射线声学-求和法混合模型。详细介绍了改进的混合法的基本结构及实现方法，并给出了仿真与试验结果，从而验证了改进的混合法透镜声场模型较原混合模型在模拟透镜声场性能上具有更高的准确度。运用改进的混合法透镜声场模型，仿真分析了透镜系统的焦点布放问题，详细研究了透镜系统的各参数对透镜系统波束性能的影响情况。这些参数包括几何参数（界面形状、界面尺寸、透镜个数及镜间距）、材料参数（声速和声衰减系数）、环境温度和工作频率等。根据仿真分析得到的先验知识，进行了四个透镜系统的设计：一、由单个透镜构成的单透镜系统；二、由两个透镜构成的透镜组系统；三、在水平方向和垂直方向上都具有聚焦性能的二维透镜；四、能够抵抗环境温度影响复合透镜系统，并给出了仿真结果及加工成型的透镜实物图。对已设计的透镜系统进行了水池试验，试验共分为两部分，第一部分为透镜系统的波束形成试验，试验内容包括透镜系统焦点位置的确定，波束指向性图的绘制，及聚焦深度的测量，试验结果与仿真结果基本吻合，充分验证了论文提出的改进的混合法用于模拟透镜声场的准确性。第二部分为透镜声纳样机系统的目标成像试验，利用单透镜声纳样机系统和透镜组声纳样机系统分别对圆环和叉形两种目标进行了成像试验，所成的目标图像轮廓清晰，更新速度快，从而充分地说明了透镜声纳用于目标成像的可行性及其良好的性能。阐述了压缩传感理论在声透镜成像技术中的应用前景，详细论述了压缩传感三个方面的基本理论：信号的稀疏表示、测量值的获取和信号的重构，重点研究了匹配追踪系列的信号重构算法，在正则化正交匹配追踪算法的基础上提出了一种渐进式的正则化自适应匹配追踪算法，仿真研究表明，用所提算法重建的图像在峰值信噪比、相对误差、匹配度及运行时间相比于现有相关算法都有提高。深入研究了分块压缩传感理论，在图像自适应分块压缩传感重建模型的基础之上，根据水声图像的特点，提出了一种新的图像自适应分块压缩传感重建算法，所提算法消除了图像中目标区域相邻块之间的块效应，提高了图像的重建质量，方便后续的目标特征提取及识别。