海底作为一个具有重要意义的地质界面，一直都是海洋科学研究的热点。海底底质研究是海底研究的基础，除此之外，海底底质作为海洋环境的重要组成部分、海洋测绘调查的主要内容，在海洋地质、海洋工程、海洋环境科学、海道测量及海洋资源开发利用中发挥重要作用，得到国内外专家学者的高度重视。
传统的海底底质分类通常采用箱式取样、重力取样、可视抓斗等方式，按一定网格离散现场取样，并通过室内测试分析后进行底质类型划分。该方法虽能直观进行底质判断，但效率低、取样有限、作业成本较高、在深水区实施困难，且格网节点间沉积物类型受各种因素影
功率自行车响可靠度不高，无法满足现代海洋科研和开发需要。随着海上工程建设、海洋资源开发活动的开展，迫切需要更新、更高效、更便捷的技术手段对海区底质类型及其分布情况进行全面、系统的掌握。水声学技术不断发展，出现了单波束、多波束、侧扫声呐等一系列海底勘测设备，这使得海底底质探测从传统的现场底质取样法发展到非接触式声学底质探测法，其中多波束测深系统（MBES）不仅可以得到高精度的水深地形数据，还能获取丰富的反向散射强度数据。反向散射强度与海底底质的粗糙度、沉积物粒径、孔隙度、饱和度等物理属性及入射角有极强的相关性，两者的有效结合使得多波束测深系统在底质分类研究中被更多的科研工作者使用，其凭借全覆盖、高采样率、高效率和低成本等优势，逐渐成为海洋声学底质探测的重要方法和手段。 基于多波束测深系统获取的反向散射强度数据和海底声像图，结合海底底质取样获取的真实海底沉积物样品数据，并以多种分类方法，实现海底底质类型自动分类识别。多波束底质自动分类识别与应用是常规海洋底质调查的有益补充，能快速、准确获取海底沉积物分类状况，将在海洋资源调查、海洋工程建设、海洋科学考察和国防建设等方面发挥越来越重要的角。
物资管理信息系统多波束海底底质分类涉及数字信号处理、水声学、高性能计算机、高分辨显示、高精度导航定位、数字化传感器、数字图像处理、机器学习等多学科，经过近30a的发展取得了丰硕成果。本文梳理了20世纪60年代多波束测深系统问世以来，国内外研究人员在多波束底质分类方面的研究及重要成果；对比分析了多波束底质分类各环节关键技术研究突破和技术瓶颈；对市面上主要的多波束设备及底质分类软件进行汇总整理；对多波束底质分类研究及其应用予以分析和展望。
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一、关键技术研究
⒈精细化反向散射强度数据处理
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海底沉积物类型与反向散射强度相关性较大，反向散射强度在较大程度上可决定沉积物类型，因此，多波束反向散射强度数据精细处理是准确获取海底底质特征、提高底质分类精度的前提基础和重要保障。
多波束声学底质分类流程如图1所示，主要包括：反向散射强度数据解析、定姿定位、补偿改正、声呐图像处理、分类模型构建等技术。
图１ 多波束声学底质分类流程ebscohost>河北环首都经济圈
作业平台的动态性，声信号传播环境的不确定性决定了多波束反向散射强度数据处理模型的复杂性。目前市场上的大部分多波束测深系统具备回波声强信息的采集存储功能，并使用通用或可相互转换的文件存储格式，所以原始声强数据的提取与转换已不再是研究重点。多波束海底声呐图像的获取和显示离不开位置信息，底质分类研究与水下地形测量一样，定位需与测深数据、声强信息采集同步进行，以精确计算每个声强点的三维坐标。在海底地形测量中，高精度水下声学定位技术结合全球导航卫星系统（GNSS）/惯性导航系统（INS）组合定位模式，可达到水下厘米级平面解算能力，声速影响因素、声线传播特性］、声速校正方法的研究，逐步削弱水体环境、仪器姿态等带来的误差，实现了测深点坐标精准跟踪计算。
多子阵检测法和多波束相干法的海底地貌探测算法实现了海底地形与地貌图像数据的同步测量和准确融合。国内外研究人员对反向散射强度数据补偿改正部分每一环节都进行了大量实验研究，构建了包括时变增益（TVG）、声照面积改正、地形起伏度改正、中央波束改正在内的较为完善的反向散射声强数据补偿改正模型。Urick等综合影响反向散射强度的
四氯化碳萃取碘主要因素，对海洋环境噪声与声波的散射和混响、声能的传播损失、波束角影响进行理论研究和量化分析。Chu等对声学信号在水中传播的传播损失进行了定量分析得到TVG改正模型；Michalopoulou和金绍华等先后验证了声照面积对反向散射声强的影响并将其纳入改正；Hellepuin分析了地形起伏度对海底真实入射角的影响；唐秋华等将垂直航迹二维方向的地形起伏影响纳入分析；纪雪在此基础上对海底地形起伏度计算模型进行了优化，计算海底真实入射角，得到完全反映海底底质信息的回波强度BSO，可较好地消除海底坡度的影响。固定值修订、高斯加权平均、区域统计平均等方法有效地消除解决了多波束中央波束反射区异常的现象。
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