超声波反射法在混凝土无损检测领域中有着极其广泛的应用,但由于混凝土是随机性很强的非均匀多相复合材料,导致超声波在混凝土介质中传播时衰减和散射作用十分明显,此外为满足一定探测深度的要求只能使用较为低频的超声波,故超声波反射回波中带有缺陷位置、大小以及形状等信息的信号十分微弱、信噪比低。本文以混凝土为研究对象,从超声波发射与接收的一般过程出发,对超声波在界面处以及在介质内的传播特性进行了分析,使用MATLAB编程建立了符合实际的数值混凝土模型研究骨料和孔隙对超声波能量的衰减作用,建立含有孔洞的混凝土模型研究接收信号特征,并结合接收信号特征对信号进行“次方降噪”,最后通过数值模拟和实测试验验证了阵列式超声波探测成像算法,取得以下主要研究成果:（1）基于超声波穿透的试验研究,获得了超声波在固体界面的传播特性及规律,结果表明两种介质声阻抗差别越大,反射信号越强,透射信号越弱;同时,穿透波强度随着混凝土孔隙的孔径增大而减小;（2）通过数值模拟对超声波的衰减特征和指向性进行了分析,得到了超声波能量随传播距离衰减规律及超声波指向性变化规律,模拟结果表明超声波能量衰减与传播距离的平方根近似呈正比;探头直径越大以及超声波频率越高,超声波的半扩散角越小,指向性越好,但混凝土不均匀性（含骨料、孔隙）将增大超声波的衰减并降低超声波的指向性;（3）采集含缺陷（不同形状、不同大小以及不同位置）的数值混凝土超声波回波信号并对其进行特征分析,提出一种适用于处理超声波反射回波的次方降噪方法,该方法能够提高反射回波的信噪比,改善成像效果;（4）在超声波成像算法中,提出了对传播距离、方向角进行修正的合成孔径聚焦成像方法,并通过数值模拟和实测试验对其中主要参数进行了验证,结果表明探测阵列的移动步长、接收探头数量和间距对成像结果影响较大,本文综合考虑探测深度和探测精度选用100k Hz的超声波进行混凝土探测。