出于军事和民用的需要，各个国家对海洋都越来越重视。多波束海底成像系统是一种高效的、高测量精度的海底测绘设备，特别适合于大面积扫海测量工作。而现代的多波束系统，更具有了显示海底声学影像、对海底底质进行分类和目标探测的功能，得到了越来越广泛的应用。 概括起来，本文主要工作如下：1.介绍了本文的研究目的和意义；综述了国内外多波束系统的研究历史和现状；指出多波束系统存在的问题和发展趋势。 2.分析了系统组成和各个部分的工作原理；设计并实现了多波束海底成像实验系统。硬件部分包括36通道的PCI接口数据采集卡、前置放大接收电路板和发射接收换能器阵。其中数据采集卡采用了TI公司的新的模数转换芯片，保证了所有36通道的转换为严格同步。编写了数据采集显示软件，软件不仅可以控制硬件进行数据采集和回波波形显示，而且可以和Matlab接口。 3.在回波到达时刻的检测方面，比较了四种不同的幅度检测方法在不同信噪比下的性能，包括简单门限法、能量中心、快速能量中心和抛物线拟合法。并且改进了抛物线拟合方法，这里设置一高一低两个门限，利用这两个门限得到回波真正的到达时刻。并且在高信噪比和低信噪比情况下采用不同的门限，既避免了因为门限过低而导致检测回波提前出现，又避免了门限过高而导致检测不到回波的情况。仿真和实验证明这种方法检测回波到达的时刻更接近真实值，而且稳定性好。 4.对多波束海底成像系统进行了仿真，包括模拟每个波束的回波(加入不同信噪比的噪声、传播损失、时间展宽等)、包络提取、回波检测和成像等。显示方式包括三维地形图、三维散射强度图、二维地形图和二维散射强度图。 5.利用多波束海底成像实验系统，在实验室的水池中做了实验；对实验数据进行了分析和处理，验证了仿真的正确性和系统方案的可行性。