在基于Lamb波的板状结构损伤成像检测应用中,损伤成像算法的运算效率及成像精度对最终损伤评估有着重要影响。与诸多超声Lamb波损伤成像方法相比,超声Lamb波相控阵方法以其检测效率快、灵活性好、各阵元发射的声束可在设定方位处互相干涉而形成聚焦声场等优点而受到研究者的广泛关注。既有超声相控阵方法多采用固定加权的时域延时叠加成像算法,虽具有成像计算效率高的优点,但其无法有效抑制非扫查方位的干扰信号,使其成像分辨率不足,且成像结果易受旁瓣伪影影响,限制了损伤评估结果的准确性;而采用自适应动态加权的波束形成算法在理想情况下可有效抑制非扫查方位的干扰信号,提高成像分辨率及抑制旁瓣伪影,但受限于实际应用环境,将其应用于超声Lamb波损伤成像尚面临诸多挑战:首先,超声Lamb波所特有的频散特性将导致信号时域波形畸变,影响基于时域成像方法的精度;其次,自适应算法常涉及谱矩阵求逆计算,由于传统求逆方法运算效率较低,因此需耗费大量计算资源;此外,由于构成谱矩阵的有效信息量往往较少,因此常导致奇异矩阵无法求逆,以及在多损伤情况下谱矩阵特征信息不准确、算法性能下降,从而致使自适应算法的旁瓣伪影抑制能力降低,以及成像分辨率降低。为此,本文发展了基于超声Lamb波的频域最小功率无畸变自适应波束形成算法,在频域实施自适应波束形成以规避Lamb波频散效应的影响,提高成像精度;引入阵列信号处理领域中的最小二乘递推来实现谱矩阵的快速求逆运算以提高计算效率;借鉴了对角加载技术以解决单一频率下谱矩阵信息不足而导致的奇异矩阵无法求逆的问题,且将该方法与最小二乘递推相结合,并进一步针对多损伤成像过程中谱矩阵特征信息不准确致使算法性能下降,伪像难以消除的不足,创新地利用全矩阵采集检测方案来重构出包含多损伤特征信息的谱矩阵,并结合基于kλ旋转的逆QR分解算法提升谱矩阵多次迭代求逆过程的数值稳定性以及计算效率。基于上述算法开展了数值仿真研究,并基于本课题组所研制的超声相控阵发射接收实验平台进行实验研究,该平台包含超声导波发射模块、超声导波接收模块以及DSP数据处理模块。同时亦研究了DSP的程序设计,实现了前文所述的频域自适应波束形成算法。基于该实验平台分别开展了金属铝板结构中单损伤及双损伤的超声Lamb波相控阵成像实验研究。实验结果表明:采用单发-多收采集检测方案时,本文所提出的超声Lamb波频域最小功率无畸变自适应波束形成算法能够有效去除频散对成像精度的影响,对于单个损伤的成像区域面积相对于时域延时叠加算法减小了56.3%,表明该方法能够有效抑制旁瓣伪影,提高损伤检测精度,且最小二乘递推求逆的自适应算法计算效率相较于经典伴随矩阵求逆的自适应算法提升了61.4%;采用全矩阵采集检测方案并结合基于kλ旋转的逆QR分解最小二乘递推算法,所提出自适应波束形成算法对于双损伤成像时亦能保持高精度、高分辨率等优异性能,在实验中,成像结果中双损伤区域面积相较于时域延时叠加算法分别减少了70.0%及72.8%,同时其计算效率相较于经典最小二乘递推的自适应算法提升了19.6%。以上实验结果与数值仿真计算结果取得了较好的一致性。本文所研究的超声Lamb波相控阵自适应成像方法在金属板状结构的多损伤成像检测精度和检测效率方面均取得突破,相关成果有望为进一步优化发展自适应波束形成算法供了新的方法,也有望为超声Lamb波相控阵损伤检测的实际工程运用提供理论和方法基础。