合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)是一种高分辨力成像声呐,其基本原理是利用小孔径基阵的移动,对不同位置的接收信号做相干处理,来获得方位向上虚拟的大孔径,从而实现方位向的高分辨力。相比于普通声呐系统,SAS需要对大数据量的原始回波数据进行复杂的信号处理,同时对实时性提出很高的要求,给工程实现带来极大的挑战。因此,选择与设计实时SAS成像系统是一项重要的研究课题。近年来,随着可编程器件的高速发展,FPGA因其具有高速的运算能力,丰富的存储单元及流水线操作,让运算量庞大的SAS信号实时性处理成为可能,因此将FPGA作为实时信号处理领域的核心处理器具有广阔的应用前景。本文重点研究适用于SAS实时系统的高效稳健的成像算法,首次采用FPGA为硬件平台完成SAS实时信号处理系统的设计,提出适合实时性处理的设计架构和优化方案,并加以实现,最后结合仿真和实测数据成功验证其可行性。首先,本文研究SAS成像的基本原理,通过建立回波模型,结合多子阵技术分析SAS系统的性能参数,在传统时域延时相加算法基础上提出一种基于延时表的快速逐点成像算法,并分别从成像精度、运算量、内存消耗等方面对这两种成像算法进行性能分析,为构建SAS实时信号处理系统提供了数据支持。成像算法的硬件实现是整个SAS实时系统的关键。因此,本文研究了基于FPGA的SAS算法实现的各个模块设计与优化,主要包括距离向脉冲压缩的优化设计及时域成像算法的实时处理架构,详细分析和阐述了各模块在FPGA中的设计思路及具体步骤,提出硬件资源复用方案和实时迭加的时延求解结构,以区块分割的多路并行“阵列式”寻址方式完成SAS波束形成,有效降低了FPGA资源的消耗并提升了处理速度,使得实时性处理得到满足。同时,对模块进行参数化设计,可满足不同探测距离的要求,增加了系统灵活性和适应性。通过水池实验获得的实测数据,对本文提出的优化算法和设计结构进行验证,结果表明本文所设计实现的系统达到成像所需的各项指标要求。