前视成像声纳是一种高分辨率水下成像设备，具有分辨率高、结构相对简单、体积小巧、成本可控的特点，在水下避障与航线规划、水下考古、水下矿产与能源勘探、反水雷、海底电缆与管道的铺设与检修等诸多方面都有广泛的应用。前视声纳系统研究有很高的军用与民用价值，前视成像声纳技术是水下声成像技术的战略高地。　　 波束形成和阵列稀疏化是前视声纳系统实时成像处理最为重要的技术，波束形成技术构建了一个空间滤波器，对波束控制方向信号加强，其余方向信号减弱，达到对空间目标分辨的目的。阵列稀疏化可以降低前视声纳平面阵阵元数，减少信号通道，大幅削减资源开销，减小信号处理单元压力，利于实时成像处理和控制成本。同时，高速运动载体平台下多普勒效应对前视声纳系统波束形成结果的影响也值得考虑。　　 本文对以上问题展开研究，主要内容包括以下三个部分：　　 1．分析了延时波束形成、相移波束形成以及频域波束形成算法的基本原理与二维前视声纳成像系统成像流程，设计了系统参数，并从降低系统硬件要求以及减少计算量出发，提出了基于欠采样技术的前视声纳系统波束形成算法，根据实际系统，设计了欠采样频率并完成在该频率下的频谱分析。通过仿真，将该欠采样频率波束形成算法结果与过采样频率波束形成结果以及理论值进行对比，验证了欠采样波束形成算法距离向分辨率与方位向分辨率同时满足要求。　　 2．分析了前视声纳近场波束形成信号模型以及移动平台上多普勒频移的影响，并提出精确补偿方法，即完全多普勒补偿；近似补偿方法，即半多普勒补偿以及将两种方法结合的混合多普勒补偿方法，该算法可以实现精度与运算速度的平衡。　　 3．介绍几种典型的智能优化算法，并针对前视声纳系统平面阵稀疏化的具体要求，将遗传算法用于半波长均匀布置矩形平面阵的稀疏化，得到稀疏率在0.1以下的平面阵，同时，为前视声纳系统设计了经过粒子群微粒算法优化的螺旋稀布阵列，该阵列同时具有低稀布率和10倍设计频率的带宽，对双频及多频前视声纳系统成像具有重要意义。　　 4．针对实际的前视声纳系统设计参数与算法，并通过湖试实验证明系统的可行性与有效性。