第一阶段从20世纪60年代初至70年代末，主要是多波束海底地形测量的基本理论取得进展，但技术上还十分粗糙，设备性能比较差。美国GIC公司在1964年推出的声呐阵测深系统（SASS）是这一阶段产品的典型代表，但它只有16个测深波束，测量覆盖宽度也只有水深的70%，水平覆盖角（发射扇面开角）为42.6°，采用预成波束技术，依靠能量中心检测算法来解算海底深度。
第二阶段从20世纪80年代开始，多波束测深技术进展较快，发展了V形Mills交叉阵技术和数字相移波束形成技术，对边缘波束具有声线补偿功能，增加了测量覆盖宽度，这些技术经过十几年的发展日趋完善。至20世纪80年代末90年代初，已经有多家跨国公司推出满足不同水深探测需求的多种型号产品，较典型的产品有德国Atlas公司的MD-2、美国Seabeam公司的Seabeam2000等，测深波束通常为几十个至近百个，测量覆盖宽度为水深的4～7倍。与此同时，人们也认识到，要进一步增加测量覆盖宽度，提高边缘波束探测精度，必须在小掠射角海底反向散射信号到达时间与到达方位的高精度估计技术方面继续取得突破。
第三阶段从20世纪90年代初期开始，发展了分裂波束相位检测方法和高精度的TOA、DOA联合估计技术，提高了边缘波束海底反向散射信号到达时间与到达方位估计的精度，同时还采用数字信号处理器（DSP）并行处理技术提高了数字波束形成的实时运算能力，支持运算量庞大的参数估计算法，实现了新的技术跨越，使测量覆盖宽度大幅度增加，达到水深的7倍以上，测深波束超过一百个甚至达到几百个，具有很高的测绘效率，如美国Seabeam2100系列、SimradEM3000D等，就是应用这些技术推出的产品。同时期，哈尔滨工程大学与天津海洋测绘研究所等单位联合攻关，相继完成了国产首台中水多波束测深声呐（H/HCS-017型条带测深仪）工程试验样机与正式产品的研制。
第四阶段从20世纪90年代中后期开始，随着新材料声学基阵、高性能处理计算机、高集成度电路系统及新的信号处理方法逐渐被采用，多波束测深声呐技术指标突飞猛进。先进的浅水多波束测深声呐设备的主要进展包括：波束数已经超过1000，波束宽度可以达到0.45°×0.45°，测深精度可以达到IHO特级标准，声呐工作参数可自主调整等。而随着测量精度与分辨能力的不断提升，多波束测深声呐对海底小目标的探测能力也逐渐成为系统性能的评价要素之一，2015年的国际浅海测量会议（Shallow Survey2015）上，由第三方组织了针对多波束测深声呐测深精度、目标检测能力等方面的海上比测，EdgeTech、Kongsberg、Teledyne、Reson、WASSP等多家公司共9型多波束测深声呐产品参与海上比测，加深了用户对多波束测深声呐性能的直观认知，并为各研发机构与厂商的技术发展思路明确了方向。相信在未来，这种“比武”仍会继续，并可有力地促进多波束测深声呐技术的快速发展。在该阶段，国内在多波束测深声呐技术理论研究与产品研制方面也发展迅速，例如，李家彪、赵建虎和刘经南、吴自银先后出版了专著《多波束勘测原理技术与方法》《多波束测深及图像数据处理》《高分辨率海底地形地貌—探测处理理论与技术》《高分辨率海底地形地貌—可视计算与科学应用》，多波束测深声呐产品的研制已形成系列化发展模式。同时期，因海洋信息、海洋工程、物理海洋等多学科在海洋环境目标科学观测、工程调查等方面的迫切需求，多波束测深声呐被进一步广泛应用，观测对象从海底地形地貌延伸到海面的冰形冰貌、舰船尾流、水中的悬浮沉积物、生物、内波、海底泄漏/渗漏的气泡群、海底底质类型等。由此可见，“测深”两字已越来越不能全面地表示该声呐技术的内涵，在有关文献中，“多波束测深声呐”一词已经被更为广义的“多波束声呐”所取代。
近年来，新一代多波束测深声呐正逐渐步入应用阶段，其技术特征主要体现在两方面。一方面，更加注重追求测量质量，主要体现为高精度、高分辨、高效率、自动化等技术的发展；另一方面，在研究测深技术的同时，又探索其在海洋环境目标探测方面的新能力，例如，挖掘多波束测深声呐在地貌成像、海底底质分类、水中目标探测等方面的能力，从而实现海底地形测量、地貌测量、底质分类及水中目标检测与识别的多功能一体化探测。具体阐述如下所示。
⒈多波束海底地形高精度探测技术
获得更加真实的测量结果是多波束测深声呐技术研究的核心任务之一，重点围绕稳健、高精度的海底探测技术路线发展。如测深算法从单一“能量中心”算法发展到加权时间平均（WMT）结合相位差检测算法，即镜像区域采用WMT，而在非镜像区域采用相位差检测法。目前，进一步降低各种噪声对声呐接收信号的影响进而提高测深算法的估计精度是实现高精度测量的本质与关键。但是由于海底真实深度的未知性和不可视性，无论采用哪种测深算法，都只能获得某种条件（准则）下对海底真实深度的估计，因此，对测深结果精度或可信性的评估是不可回避的问题，近年来人们开始尝试分别从声呐系统数据源头及数据后处理两端入手研究提高探测精度的算法。在数据源头方面，研究声基阵校正技术来减小声呐基阵制作中所引入的误差；在数据后处理过程中，从不确定度的角度间接地评估测深结果的可信性，并将诸多不确定度因素导致的联合不确定度概念引入多波束测深结果的评估中。此外，还会遇到一些异常测深值是上述各种高精度海底回波检测算法所无法解决的，并且会在海底等深线图或三维地形图产生一定的测深假象，从而给海底成图带来许多不利的影响，严重者能出现错误的海底地形与目标特征。其中，最典型的测深假象就是声线的“折射效应”。
⒉多波束海底地形高分辨探测技术
多波束测深声呐的分辨能力是水下地形地貌精细化探测及小目标探测能力的直接保障，从空间上来说，包括水平向、航迹向及距离向三个维度。对于水平向来说，主要是通过改进波束形成技术来达到减小波束宽度、降低旁瓣的目的，如Fansweep Coastal系统中采用了Beam-MUSIC，Benthos系统中采用了计算到达角瞬态成像（CAATI）技术等，解卷积波束形成是声呐阵列处理方向近年来关注较多的波束形成器之一，具有运算量小、性能优良的优势，有望实时实现；距离向方面，相干处理的引入解决了多波束测深声呐分辨能力受波束数目限制的问题，且因算法结构简单使多波束测深声呐在不增加波束形成数目和基本硬件成本的情况下，就能获得高分辨率，因此被越来越多的科研单位及多波束测深声呐生产厂商所重视；对于航迹向来说，随着探测距离的增加，多波束测深声呐的航迹向波束足印展宽，分辨能力降低。而为了提高航迹向分辨能力，引入合成孔径原理，在航迹向对孔径进行虚拟合成形成大孔径，是目前国际上先进的技术理念之一，具有代表性的产品是Kongsberg公司的HISAS2040等。当然，单纯从声呐系统设计角度上来看，提高Ping率和波束密度等指标也可以提升海底地形探测分辨率。例如，当多波束测深声呐的Ping率可达60Hz时，假设测量船航速为4kn，则其航迹向分辨率可以达到约3cm；当声呐采样率为60kHz时，其距离向分辨率可以达到1.25cm；当声呐接收波束数为1024个、4倍覆盖、水深为20m时，其垂直于航迹向的分辨率约为8cm。
⒊多波束海底地形高效率探测技术
近年来，多波束测深声呐在海底高效率测绘方面有了质的提升，主要体现在以下三方面。
⑴海底地形宽覆盖扫测技术研究的深入。垂直航迹向扫测范围大小本质上与海底回波信号的信噪比有关，主要影响因素来源于海洋环境、声呐系统等。目前国际上的解决思路主要有两个：一个是从信号处理角度入手，涵盖发射到接收处理过程的波形设计、波束形成、回波检测算法等，用以提升声呐的回波检测能力；另一个则多从换能器基阵设计的角度来考虑，这是因为换能器基阵的辐射扇面开角是保证多波束测深声呐覆盖能力的重要前提，国际上许多产品通过设计特殊的基阵形式来实现宽覆盖甚至是超宽覆盖能力。
⑵运动姿态信息实时补偿技术的工程实现。当利用多波束测深声呐进行海底地形测绘或目标检测任务时，我们希望在规划航线下实现对测量区域海底的100%覆盖。而事实上，由于风、海浪、载体平台等因素影响，多波束测深声呐在行进过程中的运动姿态存在横摇、纵摇、偏航等情况，这样会导致测深条带的覆盖区左右偏移及纵向条带间距与数据密度不均匀等非理想情况的发生，难以满足连续稳定、无遗漏的覆盖需求。而横摇稳定、纵摇稳定及艏向稳定技术的相继应用使上述问题得以较好地解决。
⑶从“线-面”向“面-面”高密度、大范围测量技术的突破。多波束测深声呐概念的提出实现了传统海底测绘由“点-线”测量向“线-面”测量的飞跃发展，而随着三维前视测深声呐技术的逐渐成熟，声呐系统有望在单测量周期内就实现面地形测量，进而形成“面-面”测量的新模式，加密输出海底地形的检测点，在单帧探测覆盖面积上实现一维到二维的跨越式提升。
⒋多波束海底地形自动化检测技术
水面无人船与水下自主航行器等海洋机器人是近年来国际上重点关注也是未来具有广泛应用前景的声呐搭载平台。无人自主化测绘所带来的好处显而易见，但同时对多波束测深声呐海底地形的自动化检测能力提出了更高的要求，主要包括两个方面：①自决策。通常来说，利用声呐执行海底测绘任务时，需要专业人员在现场进行操控，根据当前水深、检测结果等现场情况来调整声功率、增益、门限、信号类型等声呐工作参数。而自决策的上述操作都由声呐自身根据实际工况优化来完成。②自评估。自评估的作用主要有两点，一是用于实时在线评估当前检测结果的数据质量，为自决策提供参考，二是在数据后处理过程中评估结果可作为水深地形数据异常值滤波算法选择与门限设定的依据。
⒌多波束测深声呐水下环境探测新应用
在功能拓展方面，新一代多波束测深声呐在实时处理和后处理两方面都有所突破。
在实时处理方面，海底反向散射成像、水体成像、水平向加密检测（如管道检测和跟踪）及距离向加密检测（多回波检测）在许多多波束测深声呐产品的显控软件或采集软件中都已实现，由多波束测深声呐直接获取的信息明显增加，可以满足海底地貌地物探测、水中目标形位探测、海底目标加密探测等特殊需求。虽然上述新颖的功能不是海底地形常规测绘任务所必需的，但确实能够生动形象地使测绘人员实时感受海底地形的变化及声呐检测的效果。
在后处理方面，多波束测深声呐采集的海底地形检测数据、海底反向散射图像及水体图像是海底地形辅助导航、声学海底底质分类、水中目标探测（如水中气体探测）等应用的数据基础。随着多波束测深声呐获取的海洋环境信息更加准确，将更加有力地推动上述应用技术的快速发展。
