多波束测深系统是一种具有高效的、高测量精度的用于海底地形测绘的设备，它是在回声测深仪的基础上发展起来的，特别适合于大面积的扫海测量工作。 目前多波束测深技术日趋成熟，在海底检测技术上多波束测深系统均将幅度检测法和相位检测法联合使用，获得了测量范围的超宽覆盖。 我国多波束测深技术起步较晚，在海底检测技术上采用的是幅度检测法。在相位检测方法的理论分析和实现上，还没有进行和提出详细可行的方法。 本论文对相位差法海底检测进行了系统的研究，给出了多波束相位差法海底检测实现的具体细节。 首先对多波束相位差序列的规律进行了解析分析，研究了形成非模糊相位差区间、零点位置、区间长度与分离孔径等效中心间隔、阵元数、波束号、阵倾斜角之间的关系。并对解析分析的有效性和可应用性进行了证明。 在求TOA估计时，提出要使用正交多项式拟合；并采用了方差分析和剩余分析以及重复试验数据对正交多项式回归模型进行检验，得出了平海底相位差曲线满足二次分布，而粗糙海底则可能是一次分布的结论；指出了相位差法使用时需要将一次和二次拟合联合使用。 采用方差分析的方法，使用重复海试数据对WMT法和相位差法的优劣进行了分析，指出了垂直附近应该使用WMT法，而倾斜波束应该使用相位差法；给出了在深度真实值已知前提下WMT法和相位差法使用的判决准则，即根据效应值的大小来选择。 本文从提高测量精度角度出发，分析并验证了影响TOA测量精度的因素；给出了三种精度表示。 在应用相位差法时，引入了一种基于幅度能量的区间自动搜索方法；实验表明该方法能很好地确定回波到达的大概时间范围。 为了减小拟合计算量并尽量滤除叠加在相位差序列上的干扰起伏，采用了数据压缩结合滑动平均的预处理方法，并对该方法的正确性和有效性进行了方差分析验证。 在海试数据处理中，将WMT法和相位差法联合使用。H／HCS-017海试数据的处理结果表明相位差海底检测方法在浅海时可以处理到75°的边缘波束，实际上已经实现了水深测量的超宽覆盖。测量精度在仿真时小于60°工作范围一般小于0.3％；在该角度工作范围，深海数据也达到了0.5％，实现了高精度测量。