管道运输是随着石油和天然气产量的增长而发展起来的，具有运输量大、运输工程量小、可实现封闭运输等优点。然而，管道泄漏事故风险随着油气工业的发展而逐渐增加。管道在运行期间可能会产生微孔、腐蚀坑、壁厚减薄、横向裂纹与纵向裂纹等缺陷。因此，加强在役油气输送管道的检测具有重大的意义。超声内检测法是一种高效的管道缺陷检测方法，几乎可以实现各种类型管道缺陷的检测。目前在管道超声内检测中存在着一些尚未解决的实际问题:管道超声内检测数据量大，无法实现全部数据的存储和实时处理。针对长距离能源输送管道在役超声检测数据量大的问题，本论文提出了一种基于压缩感知理论的管道超声脉冲回波信号压缩采样方法。　　论文对管道脉冲超声回波信号的压缩采样理论进行了探讨和研究。首先，研究了稀疏信号压缩采样实现的条件，包括信号的稀疏性，测量矩阵的特性以及信号重构算法。其次，建立了管道脉冲超声回波信号的参数模型，分析了其在冗余字典下的稀疏表示原理，并对实际测试得到的管道脉冲超声回波信号进行了稀疏分解实验，验证了其在Gabor字典下的稀疏特性。在此基础之上阐述了管道脉冲超声回波信号的压缩采样原理。　　论文对压缩采样技术在管道超声检测中的应用进行了研究。首先，分析了模拟信息转换器(Analog-to-Information convertor,AIC)的基本结构，构建了基于Gabor字典的单通道AIC压缩采样系统。针对Gabor字典的冗余特性，构造了规模较小的包络字典，实现了检波后管道脉冲超声回波信号的压缩采样。其次，为实现未检波的射频管道脉冲超声回波信号的压缩采样，构建了多通道AIC压缩采样系统，并分析了其与单通道AIC压缩采样系统在工作原理与压缩性能上的差异。实验结果表明:多通道AIC压缩采样系统可实现未检波的射频管道脉冲超声回波信号的压缩采样，对于检波后的脉冲超声回波信号，多通道AIC的压缩性能优于单通道AIC。最后，针对影响多通道AIC压缩采样系统性能的测量矩阵的多样性，采用直方图统计分析方法，以优质原子比为衡量测量矩阵性能优劣的指标，揭示了测量矩阵对压缩采样系统的影响过程。