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合成孔径聚焦技术(Synthetic aperture focusing technique,SAFT)作为超声成像算法之一始于20世纪70年代,起初用于雷达映射系统,后逐步进入超声无损检测领域。SAFT突破了成像系统中方位分辨率的经典概念,通过采用小孔径换能器和较低的工频即可获得较好的方位分辨率,目前已被应用到混凝土结构的超声检测中。传统SAFT采用单探头自发自收模式,接收信号信噪比较低,并且由于超声波在混凝土材料中传播时衰减严重,回波信号包含表面波、二次回波等杂波干扰,因此在混凝土中拾取缺陷回波信号较为困难。本文以提高混凝土材料中无损检测精度和损伤成像分辨率为目的,在传统SAFT成像方法的基础上,结合共反射点(Common reflection point,CRP)信号叠加法在随机噪声抑制方面的优势,以混凝土材料作为主要研究对象,分别从理论、仿真和实验三个方面对基于CRP叠加法的SAFT进行了研究,主要内容如下: 分析了声波在固体介质中传播的特性和超声换能器的基本原理,讨论了影响成像分辨率的主要因素,为本文的实验研究提供了理论依据和实践指导。 基于传统SAFT原理,结合CRP信号叠加法,研究了改进的SAFT成像方法,阐述了CRP信号采集流程,对信号进行动校正并叠加处理,可有效抑制表面波、二次回波和边界反射波等杂波干扰,推导了改进的SAFT的信号重建公式。 分别通过仿真和实验采集回波数据,对采集信号进行动校正并叠加,配合匹配滤波、计算信号包络和数据插值等方法对信号进行处理后运用成像算法对结构剖面信息进行成像,与传统SAFT成像图相比,改进的SAFT提高了损伤定位精度和系统成像分辨率,同时该方法不增加超声检测系统的复杂性。 上述研究工作为改进的SAFT在混凝土结构损伤成像及其他工程应用提供了初步的理论和实验参考。