合成孔径声呐的工作原理与合成孔径雷达相似，是利用小孔径基阵的移动，通过对不同位置接收信号的相关处理，来获得移动方向（方位方向）上大的合成孔径，以提高声呐横向分辨率，从而得到方位方向的高分辨成像。具有横向分辨率与工作频率和距离无关的优点，其分辨率比常规侧扫声呐高一两个量级。从理论上讲，这种分辨力和探测距离无关。直观地说，距离越大，合成孔径长度就越长，合成阵的角分辨率就越高，从而抵消了距离增大的影响，保持了分辨率不变。

合成孔径雷达原理推广到水声领域，就出现了合成孔径声呐。合成孔径声呐的研究起源于20世纪50年代末期，但直到80年代以后，其研究才逐步全面展开。至21世纪初，国际上只有少数国家和地区研制出了合成孔径声呐原理样机并进行了海上试验。

合成孔径声呐作为一种水下成像设备，受水下复杂环境条件的影响，有不同于合成孔径雷达的特点。首先是声传播信道的复杂性比合成孔径雷达中电磁波传播的严重；其次是声呐拖体的运动稳定性比合成孔径雷达要差得多；再者因为声速大大低于电磁波在空间的传播速度，从而大大限制了拖体运动的速度；最后由于声呐中常采用宽带信号而使雷达中的一些窄带信号处理方法在合成孔径声呐中不再适用，需对已有的合成孔径雷达算法进行改进或研究新的算法。这正是合成孔径声呐研究极富挑战性之所在。

合成孔径声呐成像算法分为聚焦处理和非聚焦处理算法，其中聚焦处理成像算法较多，主要包括数字波束形成算法、距离-多普勒（R-D）算法、波数域（w-k）算法和调频变换（Chirp-Scaling）算法等。由于声在水中传播速度较低，合成孔径声呐基阵运动速度一般也比较慢，这样声呐拖体由于水流作用等原因使得基阵很难按照理想的匀速直线运动，必然出现运动偏差，从而引起信号的相位误差，若不进行相位补偿，就会导致成像质量的下降，甚至得不到清晰的图像，因此，运动补偿成为合成孔径声呐成像的一项关键技术。

合成孔径声呐系统一般由三个分系统组成：①声呐分系统，由合成孔径声呐基阵、发射机、接收机、数据采集、传输和存储子系统、声呐信号处理机和显控台等组成；②姿态与位移测量分系统，由姿态、位移测量系统和GPS等组成；③拖曳分系统，由绞车、拖缆和拖体等组成。

合成孔径声呐可以用于水下军事目标的探测和识别，最直接的应用就是进行沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探测和识别。在国民经济方面，可以用于海底测量、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义。