多波束测深系统可同时采集测深信息和反向散射强度信息用于获取水底地形和声呐图像,由于其高效的测量方式目前已广泛应用于水下地形地貌调查。多波束测深技术已相当成熟,但反向散射强度处理方法方面还存在较多不足。为使获取的反向散射强度准确反应水底底质信息,本文分别从多波束系统检校、声波传播损失改正、条带中央异常改正和角度响应改正等影响多波束反向散射成像质量的四个主要方面展开研究,有效提高多波束声呐图像质量。论文的主要工作和创新如下:1.利用实验水池结构和已知底质水底进行多波束测深系统精检校。多波束测深系统是由多个传感器组成的复杂系统,多波束系统安装参数和系统参数都将影响反向散射强度的准确性。另外,由于不同多波束测深系统信号处理方式存在差异,导致多波束反向散射强度与真实底质往往存在一个系统偏差。为此,本文提出利用实验水池几何结构进行系统安装参数检校,利用已知底质水底进行系统参数检校的多波束测深系统检校方法。安装参数检校方面选择实验水池不同倾角平面和人工设计的特殊标志面建立目标平面,通过高精度三维激光扫描仪测量目标平面上多个标志点拟合多个不同朝向的目标平面参数,以多波束测量目标平面获取波束点坐标,将波束点坐标代入目标平面方程并以安装参数偏差为未知量建立最小二乘平差模型,获取多波束系统安装参数偏差。经过实验,标定后残差标准差由8.9cm降低至4.8cm,多波束安装角度偏差为54",多波束中心到惯导中心偏移量偏差为1.2mm。系统参数检校方面,在已知底质水底区域,通过采集多组不同系统工作参数数据分析不同系统参数对反向散射强度结果的影响,并选取最优参数组合采集的反向散射强度与理论值对比获得该多波束系统反向散射强度的系统偏差约为122.48dB。2.针对混浊水域中悬浮颗粒物对声波的吸收影响,提出一种混浊水域声波传播损失改正模型。混浊水域中除水体中酸和盐等化学物质的吸收、声波本身的扩展对声能造成损失外,水体中存在的大量悬浮颗粒物对声波的粘滞性吸收也将造成损失。为此,本文提出一种顾及悬浮颗粒物粘滞性吸收的传播损失改正模型。另外,对声波传播的水体以温度剖面进行分层,逐层计算声波传播损失并将各层传播损失累积作为波束的整体传播损失。实验表明该方法得到的反向散射强度与传播距离相关系数为0.04,即处理后反向散射强度受传播距离的影响基本消除。3.针对多波束中央区域存在反向散射强度异常现象,提出一种加权拟合改正方法。多波束中央波束区域由于回波信号多以镜面反射为主,该部分反向散射强度值通常较大,在声呐图像中表现为明显的中央异常,以致无法准确反应水底底质信息。为此,本文提出一种加权拟合改正中央异常方法。该方法针对不同多波束系统的数据特点采用波束回波片段内采样点强度中误差作为加权参考信息或波束平均反向散射强度作为加权参考信息拟合二次曲线,对中央异常区域强度与拟合曲线对比分析获得该部分波束的反向散射强度改正值。4.针对水底底质分布复杂时角度响应改正方法的不完善,提出一种基于反向散射强度三维概率密度的角度响应改正方法。多波束测深系统发射的声波在海底受到声波散射机制影响,同一底质类型的水底反向散射强度随入射角变化而产生响应变化。由于水底可能存在多种类型底质,并且分布复杂,目前的角度响应改正方法处理底质分布复杂区域时适应性不足,致使获取的声呐图像中仍存在部分误差。为此,本文提出一种不受底质分布影响的角度响应改正方法。该方法首先利用高斯加权平均方法获取连续多个脉冲的平均角度响应曲线,然后对条带或区域进行反向散射强度三维概率密度分析,从而获取对应不同底质类型的稳定可靠的角度响应曲线,利用其对测区反向散射强度进行分类角度响应改正。实验结果表明本文方法相比于预分类改正方法相邻条带重叠区域回波强度的平均不符值由-0.38dB降低到-0.06dB,标准差由4.95dB降为3.36dB,实现了高质量水底声呐图像的获取。