随着全球对天然气的大量需求,天然气的消耗不断的加快,中国作为一个人口大国对天然气的需求更加迫切,但由于地区差异,大部分的天然气能源储存在西部,而我国的主要人口在东部,因此提出了“西气东输”的政策。盐穴型储气库因其储存量大,占地面积小,安全系数高,运行速率快且对生态环境影响小等优点,被广泛的应用于天然气储存。通过钻井技术钻穿盐岩层,再注入淡水进行冲蚀,抽出卤水后形成的溶腔,从而实现对气体的储存。为了保证盐穴储存库的稳定,在造腔的过程中,必须对其进行实时监测,保证溶解盐岩后形成的腔体形态符合设计要求。利用超声测距技术测量盐穴腔体的半径,改变超声波探头的位置,得到不同深度腔体的半径及水平剖面图,为后期的造腔提供方向性指导。针对盐穴储气库的稳定性检测,建立了一个盐腔三维形态超声检测系统,对造腔过程中的腔体形态进行监测,以便于调整造腔的工艺,提高盐穴造腔的稳定性。根据超声波的性质,对超声信号进行数字滤波处理和小波阈值去噪,实验表明超声信号通过数字滤波去噪后信噪比、抗干扰能力、测量精度和准确度都远低于小波阈值去噪。本文还研究超声测距的几种时延估计算法,利用超声测距系统测量数据分析了传统阈值法、互相关法和包络峰值法。在超声测距时的这几种方法的抗干扰能力较弱,受幅值影响较大,测量的精度、准确性和稳定性不高;因此提出了一种改进的相关包络的测距方法。实验表明改进的超声信号处理方法不仅可以确定唯一包络峰值的位置,而且提高了测量精度,还不易受噪声影响,测量结果稳定,系统测量误差也更小。检测盐穴腔体形态所采集到的信号是非线性、非平稳超声回波信号,一般采用时频分析方法进行处理,本文研究了几种典型的时频分析方法:短时傅立叶变换,小波变换,魏格纳-威利分布和希尔伯特黄变换。对比分析这四种时频分析方法,并选择希尔伯特黄变换作为本系统的超声信号时频处理方法。通过该方法对回波信号进行特征提取,得到希尔伯特黄的时频谱图;分析超声信号的频率随时间变化的情况,并根据时间轴上信号频谱的变化,找到对应超声发射频率的时间点;最后通过超声测距的距离公式得到盐穴腔体的半径以及这个腔体的形态信息,进而分析当前的腔体形态的稳定性。