多波束海底地形地貌信息综合探测系统是现代海洋勘探的重要保障。它是水声学、电子技术、计算机以及现代信号信息处理理论等高新技术的融合和发展。 与多波束海底地形地貌信息综合探测系统相关的技术可谓是纷纭繁杂，本文主要致力于多波束地形测量方面的信号处理问题研究，也对用平面阵实现超宽覆盖发射的相关技术和海底地貌探测技术从不同层面、不同角度作了深入探讨。论文的研究内容主要集中在以下三个方面：首先，研究实现超宽覆盖散射回波参数估计的相位检测法中的多子阵海底检测法；其次，从两个角度探讨了提高系统角度分辨力的问题：其一，研究了基于AR线性预测模型的虚拟元波束形成技术；其二，探讨了高分辨方位估计技术应用于此特殊的水声工作环境中的可行性、遇到的问题和解决途径；第三，进行了一个性能价格比相对较高的便携式多波束测深系统的方案论证与工程实现。具体内容安排如下： 第1章首先介绍了本课题的研究背景，指出本文选题的目的和实际意义；综述了国内外多波束测深系统的发展、现状及趋势，并简单介绍了侧扫声纳；从超宽覆盖发射成阵技术、多波束地形探测技术及多波束地貌探测技术三个方面探讨了多波束测深侧扫系统中涉及的关键技术；最后给出了全文的主要研究内容。 第2章讨论了传统的海底地形探测方法：在镜像区域使用幅度检测法；在非镜像区域使用相位检测法；详细介绍了两种检测法的技术基础：WMT技术及分裂孔径相关技术；分裂子阵相位检测法是实现超宽覆盖的技术保证，但对于浅水地形探测，它存在不足，而多子阵海底检测法可以弥补这一缺陷；文中提出了多子阵海底检测法的两种变形实现，并推导了多子阵海底检测法的输出信噪比与多子阵结构的关系。湖上实验数据的处理表明了理论分析的正确性。 第3章阐述了多波束地形探测的两种检测法由于基阵孔径角度分辨力的缺陷导致了系统应用于复杂地形探测的局限性，指出虚拟元波束形成技术不失为提高多波束测深系统角度分辨力的一种有效途径；介绍了常规波束形成器的基本概念；详细讨论了三种虚拟元技术，分析了它们的原理及应用前提；其中重点介绍了针对窄带信号的、基于线性预测模型的虚拟元(NBLPAE)技术，利用仿真和湖上实验数据验证了NBLPAE虚拟元技术的有效性；在此基础上，提出了针对宽带信号的、基于线性预测模型的虚拟元(WBLPAE)技术，仿真试验表明了方案的可行性。 第4章在第三章的基础上更进一步，期望应用高分辨方位估计技术更好地解决系统空间分辨力问题。本章首先分析了高分辨方位估计技术在海底地形探测中应用的局限性；然后，针对这些局限性有的放矢地在技术上尝试加以解决，其中包括以下几个方面：高分辨方位估计算法的选择、针对相关信号源的空间平滑算法解相关性能分析、提出一种针对小样本的信号源个数判别新准则、采用一种新的动态轮廓模型对图像进行去噪处理，以及给出了高分辨方位估计算法应用效果的评价标准等，并指出了采用高分辨方位估计技术也可以获取海底的地貌信息。 第5章深入研究了Seabeam公司的便携式多波束测深系统Seabeam1185的技术原理；分析了其关键技术并依此进行了一个性能价格比相对较高的便携式多波束测深系统的方案论证与工程实现；讨论了系统各重要硬件组成结构的技术要点、信号处理的算法流程等；湖试结果表明了系统工作的稳定性以及测绘结果的正确性。 论文最后对本文的研究工作进行了总结。