为满足未来航空、航天等实际应用的需求,变厚度、带曲率层合板结构件已成为结构中必不可少的组成部分,例如机翼、尾翼和旋翼等。这些复杂的结构件在制造和使用过程中受到外部因素作用,容易产生缺陷。因此,复杂结构的无损检测方法成为一个重要的研究方向。激光超声无损检测技术可以在结构中非接触的激励出导波,结合相应的无损检测算法可以实现对采集数据的成像,来达到损伤识别的目的。本文基于激光超声无损检测系统,完成了复杂结构的实验探究,提出了新的算法和损伤识别量化的标准,实现了各类损伤的可视化。首先,从激光超声的基本原理出发,介绍了激光激发材料中超声波的过程,得到适用于无损检测的激励方式。又对导波的形成过程、基本概念和频散特性进行了分析,为后续实验的进行和算法的完善提供了理论支持。然后,对超声导波信号处理方法进行了研究。在分离入反射波之后,对时域积分能量方法和干涉能量法损伤识别方法进行了对比。提出了基于能量的波数估计方法和针对时域幅值衰减的补偿方法,提升了对于损伤的成像效果。为定量化研究损伤的识别效果,引入损伤识别因子,并对所有方法进行了损伤识别效果的验证。最后,对于几种典型的复杂形状复合材料结构进行了超声导波的特性探究,并和理论分析进行了对比验证,提出了合适的实验方法和识别算法,基于此进行了复杂结构损伤的可视化研究,并成功完成结构中的损伤检测。