一直以来,便携、高速实时阵列式成像系统的研究与设计,是所有海洋工作者与研究者们孜孜不倦努力的目标。阵列式成像是利用大型二维阵列以获取三维超高分辨率声学图像的一种探测方式。目前,对于阵列式成像系统的研究主要集中在以快速、高分辨率、强鲁棒性为设计目标的基阵设计、波束形成算法以及相关的软硬件设计等几个方面。借鉴传统B型超声成像技术并结合合成孔径技术、阵列式成像技术等相关理论研究和实践基础,设计并实现一种基于稀疏阵列的水下超声成像软硬件系统,验证了一种一次发射-接收过程就可实现成像的稀疏阵列成像方式,并通过仿真实验与硬件系统试验共同验证该算法的正确性。水声换能器,即水声传感器,其设计对于系统的成像质量具有决定性作用。传感器阵元的设计与布阵排列直接影响成像系统最终性能。文章从传感器阵元的尺寸作为切入点分析不同孔径传感器阵元响应与不同阵元间距布阵的传感器阵列性能,利用乘性定理设计了双正面稀疏阵列并将其与Mills cross阵列进行性能对比明确了该型阵列的结构优势,本系统将其作为稀疏阵列成像的前端成像阵列。首先,文章重点分析了一次发射-接收成像方式的波束形成算法,对近场与远场波束形成性能的差异进行仿真分析,使用基于Matlab的Field-II工具箱对单焦点、多焦点以及变迹函数进行成像仿真实验,分析了在不同成像模式下的成像结果与变化趋势,确定并描述了一次发射-接收便可进行成像的稀疏阵列成像算法。接着,文章利用远场声势函数构建空间任意位置处声场回波,并使用两个预设点目标以及4发9收双正面稀疏阵列进行成像仿真,验证了该模型的正确性。在此基础上,使用16发25收的双正面结构进一步扩大阵列的规模以提高成像的质量,将不同布阵间距下的双正面稀疏阵列成像结果进行对比,结果充分验证了成像模型、算法以及相关理论的正确和有效。最后,设计4发9收的双正面阵列的超声成像系统,包括数据的下行、上行与处理系统。特别地,为了满足不同尺寸、特征阻抗、容抗的水声换能器的需要,改进设计驱动电路。定性分析了推挽式AC-AC变换电路的关键参数,并对“对称T型”滤波器的关键参数进行定量分析和仿真,确保发射的正弦脉冲信号稳定在100KHz。