超声波声场检测在无损探伤领域、医疗领域和海洋声学中有着广泛的应用,探头性能的优劣直接影响系统的精确度,通过对探头的声场分布的分析可以评估探头的性能。声场仿真可以对无损检测系统进行辅助设计,同时仿真结果也可作为探头声场测量的参照。但要将声场理论应用于仿真之中,存在以下几个难题:第一,对声场理论进行推导,建立兼顾仿真速度与精度的仿真模型;第二,模型要适用于复杂应用场景,尤其是不同下介质的声场仿真;第三,要对模型的精确度进行实验验证。为解决上述问题,本文针对性的做了以下工作:（1）从超声波的基本方程出发,分析超声波在固体和液体中的传播方程,采用近轴近似方法简化计算,并求取单高斯声束方程,采用一组叠加系数对单高斯声束进行叠加,建立了多元高斯声束叠加模型。针对多元高斯声束模型进行计算上的简化,使模型可以充分利用计算机性能快速计算。此外,本文还对高斯声束的系数进行调整,将声场仿真的探头种类由平探头扩展到聚焦探头。利用模型对轴线方向以及径向的声压分布、液固介质声场分布以及聚焦声场分布分别进行仿真,结果与实验采集的声场保持一致。（2）将多元高斯声束模型和非近轴近似的瑞利积分法进行对比,在近场区的80%区域以及远场区多元高斯模型的精确度可以达到96%;本文提出一种改进的多元高斯模型,对多元高斯声束的叠加系数进行优化,分析了不同数量叠加系数对仿真精度的影响,对叠加系数的损失函数在声场的轴线方向进行修正,新的叠加系数相对旧的叠加系数,误差降低了 39%。（3）本文设计了声场测量平台的硬件、软件以及机械扫描结构,搭建了声场测量平台,针对轴线扫描过程容易存在方向偏离的问题,设计了探头与水听器的激光校准装置,提高了测量的可靠性,分别利用小球法和水听器法对探头声场进行测量,验证了声场模型仿真结果的准确性。（4）本文在多元高斯叠加模型基础上建立了回波仿真模型,扩展了多元高斯叠加模型的应用范围,对平底孔和侧通孔这两种人工缺陷进行了回波信号的仿真,设计实验并验证了仿真的正确性。