由于过冷大水滴在机翼上冻结时通常存在溢流现象,在机翼防护区域外凝结为冰脊或后流冰,严重影响飞机气动性能。而传统飞机结冰传感器主要针对其敏感面的结冰状况进行探测,属于单点探测。为克服传统单点探测方法无法实现翼面大范围结冰区域探测的问题,本文提出了一种基于压电阵列的结冰三维成像探测方法。首先,对基于压电阵列的结冰三维成像原理进行了研究。分析了铝板冰层体的振动原理并建立等效弯曲刚度模型,对铝板结冰体的谐振频率表达式进行推导,理论推导和仿真试验结果均表征冰厚大小与谐振频率呈正相关,为冰厚的测量提供了理论指导。提出了多点结冰概率检测的重构算法,并分析了算法中特征值kA和缩放因子β对成像结果的影响,为实现结冰区域的探测提供了理论支撑。其次,搭建了基于压电阵列的铝板和翼面结冰探测系统,并提出了一种基于灰度重心法的多区域结冰定位方法。以频谱能量衰减率作为成像算法的特征值kA,初步实现了铝板和翼面的多点结冰定位。在圆形覆冰条件下,试验结果表明铝板单点定位平均误差为27.37 mm;两点定位平均误差为29.04 mm;翼面定位平均误差为25.58mm。分析定位误差的来源,提出了一种基于小波包分解（Wavelet packet decomposition,WPD）的敏感频带选择的特征提取方法。优化结果表明铝板单点定位精度提高了34.59%;定位误差波动程度降低了45.67%;翼面结冰的横向定位精度提高了54.87%。最后,对基于频谱特征的结冰三维成像方法进行了研究。定义准确率和偏差率来标定缩放因子β值,以达到最优的结冰区域识别效果。利用对冰厚敏感的信号差异系数进行冰厚生长曲线的标定,以实现冰厚测量。结合结冰概率分布结果和结冰定位坐标进而划分出结冰区域并计算出冰厚。在圆形覆冰条件下,试验结果表明基于压电阵列的结冰探测系统能够实现结冰定位、区域识别和冰厚测量等多维结冰信息的探测,同时铝板结冰三维成像的反演结果较完整地还原了铝板覆冰的三维分布。