超声检测是利用超声换能器发射出超声脉冲,照射到待测物体表面后,对接收到的反射回波进行检测和分析,以获得待测物体的形状、尺寸、大小等物理特性以及传输路径上的各种有用的信息,在生物医学工程、工业无损检测和国防探测等领域具有重要的应用价值。在超声检测中,想要从超声反射回波中获取重要的信息,对超声回波信号的参数进行精确地估计显得尤为重要。在实际的超声检测中,由于噪声对回波信号的影响,使获取的回波信号总会发生一系列地变化,特别是在低信噪比时,参数估计的精度会降低。因而,提出能精确估计超声回波信号参数的新方法很有必要。另外,对多层材料进行检测时,随着材料层数的逐渐增加和材料厚度的不断减小,会使层与层之间的反射回波产生混叠。因此,实现重叠的超声回波信号的有效分离对超声检测具有重要的意义。本文的研究主要是在低信噪比条件下,对多重重叠的超声回波信号的参数和重数进行精确地估计,并对薄层材料中重叠的多重回波信号进行了有效地分离。本文的工作以及创新性成果如下：1.提出将小波变换和人工蜂群算法(ABC)相结合,并将其应用到超声回波信号的参数估计之中。文中首先对超声回波信号做小波变换处理,然后使用人工蜂群算法对小波变换之后的参数进行估计。结果表明,进行了混合优化之后的新算法在低信噪比和重叠的多重回波参数估计中的精度相对较高。通过仿真验证了该算法的均方误差值逼近CRLB界,且优于ABC算法。2.在对超声回波信号的各个参数都进行了估计后,利用估计的到达时间和幅度系数,采用AIC信息准则对多重超声回波信号的重数进行估计。仿真结果表明,该方法不仅可以实现对多重回波信号的高精度重数估计,而且随着信噪比的增加,估计的准确度会不断提升,但是随着回波数量的增加,重数估计的准确率有所下降。3.在对重叠严重的超声回波信号进行估计时,提出使用线性建模的方法,对薄层材料中重叠的多重超声回波信号进行了有效地分离。4.采用脉冲反射水池实验测量了实际样品的回波,应用本文方法对实验回波进行了参数估计,并且估计了实验回波的重数,估计结果与回波的真实参数相吻合。通过实验验证了本文估计方法的正确性和实用性,研究结果在生物医学领域具有一定的应用价值。