板状结构特别是复合材料板结构在航空航天、高铁、土木工程等诸多领域中应用越来越广,而在长期服役过程中这种结构易受到外部荷载冲击、化学腐蚀等作用产生裂纹、层裂、疲劳等损伤。超声Lamb波无损检测技术由于其检测效率高、适用于大范围检测以及可以实现微小损伤识别等优势,在板状结构的损伤检测中具有广泛的运用。超声Lamb波在板状结构传播过程中存在多模态及频散效应,并且多种模态并存会导致采集到的时域信号波包混叠、损伤信息难以识别,在无健康结构基准信号的参考下难以有效提取损伤散射信息。针对以上两个问题,本文采用频率波数（Frequency-Wavenumber,f-k）域滤波方法,根据导波的传播方向与频率波数矩阵的对应关系,结合不同模态导波在同一频率下波数存在差异性的特点,构建三维窗函数实现不同模态及其对应的损伤反射信号的提取。利用共源法（Common Source Method,CSM）时域及f-k域成像实现损伤成像。最后,结合数据融合成像方法对不同模态的损伤成像结果进行幅值加权,进一步提高损伤成像精度。本文的主要研究内容如下:（1）研究了用于二维波传导的三维傅里叶变换,构建了f-k域中用于各向同性及各向异性板结构中Lamb波不同模态分离的三维窗函数。给出了各向异性材料中f-k域无参考的波数曲线提取方法,在无理论波数曲线参考的基础上实现三维窗函数的构建。研究了三种用于多种模态损伤图像数据融合方法。（2）建立了基于正弦调制五峰波信号及线性啁啾（Chirp）信号驱动的Lamb波在各向同性铝板中传播的有限元数值模型,通过数据融合成像方法实现了两种模态的损伤成像结果融合。数值计算结果表明,Chirp信号频带内的两种模态的损伤反射能量较强,且相较于单一模态的损伤成像结果而言,频带内所有频率成分均参与f-k域的CSM损伤成像,两种模态的叠加可以提高损伤的成像精度,验证了该算法的可行性。（3）搭建了采用正弦调制五峰波信号及线性Chirp信号驱动的用于相控阵列的分模态叠加损伤成像方法的铝板损伤检测实验平台。通过数据融合成像算法实现了两种模态的损伤成像融合。实验结果表明,分模态叠加可以提高损伤的成像精度,与数值仿真结果具有较好的一致性。最后,将f-k域分模态方法应用到正交各向异性复合材料中,进一步验证了在无基准频散曲线的情况下构建三维窗函数实现f-k域CSM损伤成像算法的有效性。