各向异性碳纤维复合材料（CFRP）在保证材料性能的同时减重效果明显,广泛应用于工程结构中。由于材料属性差异,其结构内部容易产生损伤。损伤的扩展和累积占据了损伤出现到结构失效的大部分时间,及早发现损伤对结构安全运行和最大化资源利用具有重大意义。非线性超声导波通过声波与损伤相互作用对结构损伤十分敏感,有利于结构早期损伤检测。然而,非线性分量十分微弱,且各向异性CFRP结构的全方位速度在各个方向不同,给各向异性CFRP结构损伤的成像检测带来挑战。概率成像方法可以通过数量较少的传感器网络获得高质量损伤成像效果,为非线性超声导波损伤成像检测提供了良好的契机。此外,微弱的非线性分量导致损伤特征波动较大,采用部分路径进行成像的鲁棒性较差。因此,论文针对各向异性CFRP结构损伤的准确定位成像检测难题,围绕非线性超声导波全路径非椭圆概率成像（FPNEPI）展开研究。本文的主要研究工作如下:（1）针对各向异性CFRP结构全方位速度各方向不同而难以获取问题,提出了频散曲线与仿真联立的全方位速度多角度拟合提取方法。推导了各向异性CFRP结构刚度系数矩阵转换机制,进而对其全方位模态传播特性进行了深入研究。推导了各向异性CFRP结构的全方位SAFE求解方法,并绘制了频散曲线。通过频散曲线与多角度各向异性CFRP结构仿真相结合,一次性拟合获取了各向异性CFRP结构全方位导波速度,有效揭示了各向异性CFRP结构的方位-速度特性,为后续各向异性CFRP结构时间的准确获取奠定基础。（2）针对各向异性CFRP结构超声导波信号非线性成分分量微弱导致非线性特征难以提取问题,提出了基于重构非线性分量的各向异性CFRP结构损伤表征量化方法。首先提出了一种根据数据包络拟合线交点来确定信号起点的新方法,改进并丰富了导波信号起止时间的获取方式,进一步将导波信号中的基频分量和非线性谐波分量等目标分量进行重构获得重构非线性分量。针对裂纹损伤通过小波包分解获取重构非线性分量,并提出了非线性散射损伤指数（NSDI）对不同路径受损伤影响程度进行评估。针对分层损伤提出将小波包重构非线性分量与SPWVD相结合的非线性WP-SPWVD方法,并定义了非线性损伤指数（NDI）。实现了各向异性CFRP结构损伤的量化表征。（3）针对各向异性CFRP结构中成像过程无解析解,难以实现损伤准确定位成像问题,提出了基于非线性超声导波的FPNEPI方法。通过引入参考点并定义时间系数,以实际损伤与参考点相比较的方式避免了损伤位置的解析求解过程。联合损伤指数（NSDI、NDI）对离散化参考点的损伤概率进行估计,并在概率分布函数中嵌入尺度控制系数,增强算法鲁棒性,实现了各向异性CFRP结构的高精度准确定位与成像。通过裂纹和分层损伤仿真对FPNEPI方法的有效性和准确性进行验证,结果表明,所提FPNEPI方法可以直观准确的显示各向异性CFRP结构损伤信息。（4）针对非线性超声导波FPNEPI方法的有效性和应用问题,进行了系列各向异性CFRP结构损伤检测与应用实验。实验结果表明,NSDI可以有效表征裂纹损伤,其阈值成像的损伤概率能量比Er相较于线性散射损伤指数（LSDI）提升4.06%。基于非线性WP-SPWVD方法的NDI对分层损伤具有较好的检测效果,分层损伤处于损伤概率最大区域,阈值成像Er达到75.94%,相较于椭圆概率成像（EPI）方法提升70.64%。与FFT（Fast Fourier Transform）、STFT（Short-time Fourier Transform）和ST（S-Transformation）等分析方法相比,所提非线性WP-SPWVD方法的阈值成像Er提升32.42%以上。非线性WP-SPWVD方法在海工环驱式推进装置各向异性CFRP防护层结构分层损伤检测的应用,表明了FPNEPI方法的对各向异性CFRP结构损伤检测的有效性和通用性。