传感器阵列水下成像系统的研究与设计是水下声呐成像的重要课题。传感器阵列水下成像是指声呐系统发射信号透射整个水下探测场景,通过平面传感器阵列接收被探测目标物的回波信号,运用波束形成并成像的过程。在波束形成中,过高的旁瓣电平会影响成像质量,旁瓣电平越高,对比度越低,水下目标的成像周围伪影越多。本文针对上述问题,进行了以下研究工作:(1)以均匀平面传感器阵列为模型,提出一种基于改进遗传算法的抑制旁瓣算法。该算法首先对阵元激励权值进行编码,以所期望的峰值旁瓣电平作为目标函数,其次根据当前种群适应度函数值灵活选择交叉、变异概率,最后保留最优激励权值并生成理想的波束图。仿真结果表明,当回波信号来自不同方向时,该算法均可有效抑制波束峰值旁瓣电平。(2)为了更好地抑制波束峰值旁瓣电平,提高成像质量,提出一种只需经过一次发射-接收信号过程即可成像的低旁瓣波束形成成像算法。该算法利用凸优化算法高效求解满足约束条件的阵元激励权值,将激励权值形成一个3D变迹函数,以幅度变迹的方式作用于各阵元接收的信号,并对幅度变迹后的各阵元接收信号采用延时求和波束形成并成像。仿真结果表明,基于凸优化的3D变迹函数方法可以有效抑制波束峰值旁瓣电平,所提出成像算法可以提高成像对比度,减少目标物成像周围的伪影。(3)研究并分析课题组设计的稀疏基阵成像系统。为确保系统带负载能力,对发射电路部分参数进行相应改进后,成功搭建并调试运行系统。将低旁瓣波束形成成像算法运用于稀疏基阵成像系统,进行自然水域水下目标成像实验。实验结果表明,所提出成像算法可以通过一次发射-接收信号过程完成对一个水下几何目标物的成像,具有实际工程应用意义。