超声相控阵系统通过控制相控阵探头的阵元激发顺序实现声束偏转、聚焦,并接收超声回波,从而实现对被测工件的快速高效检测。超声相控阵系统中的关键技术是对发射声束和接收合成的时间进行控制,以获得高质量的声场。相控阵合成聚焦技术包括动态聚焦、动态变迹、动态孔径等。论文重点研究了超声相控阵合成聚焦技术的原理,提出了改善常规聚焦声束分辨率的方法并进行基于FPGA的合成聚焦算法设计,最终验证了动态聚焦与动态变迹技术在提高空间分辨率上的优越性。论文所做的主要工作和成果如下:1.论述超声波相控阵基础原理。研究了超声声场理论及检测原理、相控阵检测原理,并根据原理计算相控阵阵元的偏转、聚焦延迟参数,并进一步计算聚焦声场的声压分布,以此作为声场仿真的基础。同时也探讨了多种改善超声相控阵聚焦声场的算法原理以及实现方法。2.聚焦算法的设计与仿真。利用声压分布建立声场仿真,利用仿真研究不同聚焦算法在缺陷扫查成像时的分辨率,并根据仿真结果选择了一种适用于超声相控阵数字系统的成像算法。3.基于FPGA设计实现合成聚焦算法。分析超声相控阵数字系统的特性,基于FIR滤波器设计了一种插值滤波模块,并进一步设计了精度能够达到2.5ns的声束合成方法;根据FPGA特性将实时聚焦算法设计融合到合成模块中,利用少量的逻辑资源实现了之前设计的包含动态聚焦与动态变迹的聚焦算法。4.测试合成聚焦算法。将设计完成的聚焦算法模块拼接到超声相控阵数字系统中,进行调试分析工作,测试结果表明合成聚焦算法可以改善系统分辨率。