超声检测技术在医学超声、交通运输、压力容器等领域应用广泛。相控阵超声对波束有很好的控制能力,具有高的灵敏度、大的检测范围等特点；合成孔径技术是一种后处理技术,能够把小孔径合成大孔径,形成逐点成像的聚焦信号,来提高成像质量,并且合成孔径技术具有成像方位分辨率与检测深度和工作波长无关的特点。随着检测需求的提高,常规相控阵超声检测不能满足检测需要,因此把合成孔径技术和相控阵超声结合起来成为了研究热点。本文为了提高相控阵超声合成孔径成像质量,引入了两种窗函数作为优化因子,分别是波达方向窗函数和辐射远场近似窗函数,并且对比研究了未优化和优化后的相控阵超声合成聚焦模型,分析了相控阵波束波形特征,进行了实验验证。本文对基于Field Ⅱ超声仿真平台对合成聚焦模型进行了模拟数据仿真,并模拟实验对超声合成聚焦成像进行了验证。接着分析了延时叠加算法和合成聚焦算法的波束模型,对其波束波形进行了仿真验证,同时引入波达方向窗函数和辐射远场近似窗函数对两种算法的波束进行优化和实验验证与分析,结果表明波达方向窗函数优化对波束的旁瓣抑制效果最好,旁瓣峰值迅速下降至-100dB；辐射远场近似窗函数优化对波束旁瓣抑制效果次之,旁瓣峰值下降至-89dB。最后分别对波达方向窗函数优化和辐射远场近似窗函数优化的相控阵超声合成聚焦成像进行了Field Ⅱ仿实验真验证和基于M2M公司的Multi2000超声检测仪的实验与分析。实验结论表明,两种优化方法明显提升了相控阵超声合成聚焦成像的成像深度。与未优化的合成聚焦成像相比,其中波达方向窗函数优化对缺陷的检出率明显提高,可达92%；辐射远场近似窗函数优化的结果更精确的反映缺陷的实际尺寸,把缺陷尺寸最大误差67.53%降低到了21.37%。