超声相控阵技术具有检测复杂度低、可视化成像和检测分辨力高等优点，已成为近年来国际无损检测领域的研究热点。本文在相控阵超声成像主要性能指标研究的基础上，对相控发射声束性能和接收声束形成算法等关键技术进行了深入研究，完成了32通道相控阵超声成像系统的FPGA设计验证，给出了原型系统初步成像结果。主要工作如下：1．研究了相控时延精度对声束性能与系统分辨率的影响，分析和仿真表明，精细的时延控制利于提高系统性能。进一步研究了一种基于干涉原理的波声场建模方法，获得了所用相控阵探头的仿真结果。2．针对相控阵扇形扫查和动态聚焦成像，研究了一种正交包络检波的接收声束形成算法，分析表明，该接收算法性能明显优于传统的直接延时叠加接收声束形成算法，实现复杂度低、消耗资源少。3．提出了相控阵超声成像系统总体设计与FPGA芯片选型方案，并对FPGA接口、算法模块进行了划分。研究了一种虚拟阵列成像方法，该成像方法不需复杂的时延控制，获得了与相控阵扇形扫查成像同样的性能，且直角坐标焦点成像方法有利于检测图像的显示。将相控阵扇形扫查与虚拟阵列成像方法相结合，进一步提出了一种改进的虚拟焦点成像方法，在系统的时间分辨率和空间分辨率之间获得了更好的折中。4．针对32通道相控阵超声成像系统，完成了数字声束形成电路和高速接口的FPGA设计，包括2.5ns精度的低复杂度延时电路实现、600Mbps串行LVDS接口设计、正交包络检波延时抵消算法设计以及ARM门控时钟/DMA接口设计。通过了与ARM子系统的联合调试，获得了原型系统探测试块缺陷的初步成像结果。以上关键技术的研究与FPGA实现，提高了相控阵超声成像系统的性能，降低了实现复杂度与资源消耗，为本相控阵超声成像系统的实际应用打下了坚实的基础。