列车轮辋缺陷探伤一直以来是铁路无损探伤中的重点,对保障铁路运行安全有重大的意义。本文基于超声合成孔径聚焦技术,研究了接触法和水浸法成像算法,并结合矢量全聚焦算法实现对微小裂纹的角度检测;同时,结合圆弧界面处的声波传播几何模型改进得到了基于圆弧界面的全聚焦成像算法;最后,引入界面自适应拟合算法,实现对任意曲线界面的坐标拟合和内部缺陷成像,得到了较好的结果。主要研究内容如下:1、研究了合成孔径算法,实现了接触法全聚焦成像算法,结合射线追踪法和费马原理,实现了水浸法的全聚焦成像算法。同时,根据缺陷对声波能量反射的规律,开展了矢量全聚焦算法的研究,结合接触法探伤和水浸法探伤声波能量传播规律的不同,得到了两种条件下的矢量全聚焦算法,得到的结果误差较小,可以反映微小裂纹的角度信息。2、研究分析了声波在圆弧界面处传播的几何模型,在一定边界条件下,通过费马原理计算得到了圆弧界面上折射点的坐标位置,然后根据射线追踪法的原理,实现了对圆弧界面物体内部的全聚焦成像,通过分辨率分析验证了算法精度,并进行了仿真验证,通过实验证明了其对轮辋内部缺陷探伤的有效性。3、引入自适应曲线拟合算法,对未知物体表面进行曲线拟合,得到物体表面位置信息,结合声波传播几何模型得到了一种自适应曲面物体成像算法,对物体内部成像达到了一定精度。