随着科学技术的发展,基于水下无人航行器等小平台的探测声呐技术愈发重要。搭载于小平台的主动声呐存在阵列尺寸小、信号发射能力受限等问题,在此种情况下,目标方位估计无法满足高分辨,回波信号信噪比低,从而使声呐系统的探测性能变差。针对以上问题,本文对主动声呐发射波形设计及其回波信号检测方法,以及基于矢量阵的虚拟阵列扩展技术进行了研究,主要研究内容概括如下:首先,分析了三种典型的梳状谱信号的特性,针对梳状谱信号高峰均功率比的问题,对梳状谱的波形设计进行优化。利用模糊函数分析了SFM信号、PTFM信号以及GC信号等三种传统梳状谱信号的抗混响能力和时频分辨力。此外,针对GC信号高峰均功率比的问题,从频谱整形的角度出发,研究了基于交替投影的低峰均功率比梳状谱波形优化设计方法。仿真分析了特定PAPR下产生的GC波形的时频分辨力、抗混响能力、距离旁瓣电平性能以及不同PAPR下产生的GC波形的抗混响性能,验证了交替投影波形优化的可行性和有效性。其次,针对小平台阵列孔径受限的问题,对基于四阶累积量的虚拟阵列扩展和基于内插变换的虚拟阵列扩展方法进行了研究,并将其推广到矢量阵。从空间谱、角度分辨力、方位估计精度的角度分析了虚拟扩展阵列的性能,验证了两种虚拟阵列扩展方法的有效性。最后,研究了低旁瓣匹配滤波的梳状谱信号检测方法。梳状谱信号经匹配滤波处理后会产生相对较高的旁瓣,针对匹配滤波后梳状谱的高旁瓣可能将相邻的弱目标主瓣淹没的问题,研究了基于解卷积和基于迭代加权最小二乘的旁瓣抑制方法。研究结果表明,两种方法均能有效实现旁瓣抑制,提高被强目标淹没的弱目标的检测性能。