多缺陷是结构中常见的结构损伤形式。超声兰姆波可以实现多缺陷的无损检测,并可通过超声兰姆波成像方法将缺陷定量可视化。但传统成像方法受瑞利准则的约束,当缺陷间距小于分辨率阈值时,无法分辨出多个缺陷。针对传统成像方法分辨率低的问题,本文提出了时域拓扑能量法,实现了多缺陷的超分辨率成像,并将稀疏孔径技术与时域拓扑能量法相结合,提高了时域拓扑能量法成像的效率。本文分别通过理论分析、数值模拟、实验三个方面进行了系统的研究与分析,具体研究内容如下:（1）研究了超声兰姆波时域拓扑能量成像方法,实现了多缺陷的高质量成像。首先,基于兰姆波的传播模型,揭示了时域拓扑能量成像方法的原理,将传统拓扑成像中的拓扑渐近过程,转化为求解直接声场和伴随声场。然后,以直接声场和伴随声场的时域拓扑能量值作为图像的像素值的进行超声成像。最后,通过数值模拟和实验进行了验证。结果显示:超声兰姆波时域拓扑能量成像方法不仅可以弥补兰姆波传播中的频散特性,还克服了非对称缺陷多模式混叠的影响,有效的抑制了伪像,成像质量远高于传统的全聚焦成像方法和时间反转成像方法。（2）研究了时域拓扑能量法超分辨成像的机理,实现了多缺陷的超分辨率成像。首先,分析了超声兰姆波时域拓扑能量成像方法不受瑞利准则约束的物理机理。然后,研究了直接声场和伴随声场在缺陷处自适应聚焦的方法。最后,通过数值模拟和实验进行了验证。结果显示:时域拓扑能量法可克服瑞利准则的约束,不仅能分辨出缺陷间距小于成像分辨率阈值的多个通孔。对于非对称盲孔,兰姆波存在复杂的模式转换现象,时域拓扑能量法不仅能够成像,而且也能分辨出缺陷间距小于成像分辨率阈值的多个盲孔,而传统的全聚焦成像方法和时间反转成像方法却无法识别。（3）提出了稀疏时域拓扑能量成像方法,在保证成像质量前提下,提高了效率。首先,基于遗传算法和有效孔径理论,优化阵元数目与位置,设计最优的稀疏阵列。然后,利用稀疏阵列数据进行时域拓扑能量法成像,分析不同阵元数对成像质量和成像效率的影响,探寻最适合的阵元数目。最后,通过数值模拟和实验进行了验证。结果显示:随着接收阵元数目的减少,计算时间也相应减少。阵列在适当的稀疏化处理后,最终图像的API值出现小幅变化,成像质量不会受到太大影响,但成像效率却得到了大幅度的提高。综上所述,本文研究了超声兰姆波时域拓扑能量成像方法,揭示了该方法不受瑞利准则约束的物理机理,实现了多个通孔和盲孔缺陷的超分辨率成像,并通过数值模拟和实验进行了验证。为了克服利用全矩阵数据进行超声兰姆波时域拓扑能量成像时效率低的问题,本文基于遗传算法和有效孔径理论进行了稀疏阵列设计,在保证成像质量的前提下,提高了成像效率。本文所进行的研究和取得的成果使得超声兰姆波时域拓扑能量成像方法迈向工程应用成为可能。