在水下地形测量中,由于大型测量船受到吃水等原因影响,在近岸、浅滩、岛礁等浅水区域的水下地形测量比较困难且难以覆盖全部监测水域,而多波束探测设备发射功率大导致传统的测量船能耗高。相对而言,小型无人测量船由于体积和能耗等因素的限制,无法搭载大型超声换能器阵列的探测设备,不能做到波束成形,但能够搭载小型化的单波束探测系统,进行浅水区域的水下地形测量。本文针对实验室自主研制的水下浅层随波扫描无人探测系统,给出波浪周期和系统测深极值的研究方法;研究基于该系统的补偿校正算法,提升系统测量精度;研究数据自动处理算法,使系统更加智能,能更好的适应实际工作环境;提出一种基于该系统的水下地形高精度重构方法;并通过仿真实验验证了方法的可行性,对水下浅层地形探测领域具有一定的技术参考价值和工程应用意义。本文的主要工作和创新点如下:(1)针对系统测深极值的指标测算需求,提出利用船体姿态信息的变化规律来测算探测水域波浪周期,并根据波浪周期计算波浪效应下系统测深极值的研究思路和方法,通过算法将船体三维的姿态信息转换为超声换能器平面与水平面的夹角,再利用傅里叶变换对一维的夹角变化规律进行分析;针对系统探测精度低的不足,利用波浪下船体的状态,提出基于波浪和船速延时效应的综合补偿校正算法,根据发射时刻和接收时刻船体的姿态和位置信息、换能器平面与水平面的夹角,通过几何运算对探测距离和探测点坐标进行补偿校正;(2)根据实验室研制的小型超声换能器阵列,设计收发分离、一发多收的探测方式,使多个接收换能器在水底形成一个能够同时接收到反射信号的共同投影区域,并依据该区域对探测点进行筛选,能够减小系统波束角效应造成测量误差。在数据自动化处理方面,研究基于该系统的数据自动滤波、自动处理方法;(3)针对水下浅层随波扫描探测系统的水下三维地形精度低,提出一种基于该系统的水下地形高精度重构方法,通过将多次测深数据集成融合,并针对融合后数据的样点分布规律设计基于样点分布的曲面插值方法,使重构的三维地形精度更高。