超声相控阵检测技术能通过相控发射与相控接收灵活地控制声束实现多种扫描方式，具有较高的分辨率、信噪比和检测效率等优点。随着国内约二十年来对超声相控阵技术的研究，目前取得了一定的成绩，但高性能的超声相控阵检测系统还较少见到。针对这一现状，本论文开展了对高性能超声相控阵检测系统中一些关键技术实现的研究，主要包括多波形类型相控发射技术、高精度延时技术、高速多通道波束形成技术和基于多频脉冲压缩的相控阵检测技术等。　　首先，针对实际需求设计出了两套高性能超声相控阵检测系统。第一套是针对管棒材在线检测的应用需求，给出了适合多换能器多声束系统的结构设计，实现了中小口径管棒材的缺陷自动化检测，检测速度快，精度高;第二套是针对超声检测中的高端需求，设计了一套高性能的超声相控阵检测设备，给出了适合单换能器但较多通道的系统的结构设计，可用于开展超声相控阵检测技术中的大部分基础研究与前沿研究。　　其次，对第二套系统中关键技术的实现进行了研究。在基于FPGA平台下，实现了波形类型为尖脉冲、方波脉冲、正弦脉冲以及任意波形等多通道相控发射时激励波形的生成，以相对较少的资源，实现了以上各种类型激励波形的高精度相控发射，最高延时精度可达1ns。提出了一种基于多FPGA的两级结构的数字波束形成器的设计，这一设计旨在满足通道数量较多、回波数字化频率较高的实时数字波束形成。按照这一设计实现了一个总通道数量为64的两级结构数字波束形成器，每个通道的回波数字化频率为200MSPS，通过引入高速串行总线实现了系统内波束数据的实时传输。　　最后，研究了基于超声阵列的多频脉冲压缩方法，提出了这种阵列结合相控阵技术的扫描检测方法。以线性调频信号作为编码激励信号，采用压缩后叠加取包络的方法，充分利用了压缩信号的频率信息，改变了总压缩包络的形状，将时间分辨率提高为单阵元时的Ⅳ倍（Ⅳ为阵列的阵元数）;分别探索了在匹配滤波和非匹配滤波时减小由叠加产生的周期副瓣的方法，得到了超声阵列中各阵元频率参数的优化组合，从而较好地抑制了由叠加而产生的周期旁瓣，获得了较大的主副瓣比。给出了这种脉冲压缩技术与超声相控阵技术结合应用的可行性分析，通过类似稀疏矩阵采集全聚焦方法的相控阵技术实现超声阵列的扫描与检测，从而结合相控阵的扫描特性与脉冲压缩的远距离分辨率的技术优势，使目前超声相控阵检测的“高性能”在一定程度上得到进一步提高。