利用超声波在混凝土中的传播特点,无疑是进行混凝土无损检测的重要基础,因此,本文首先探讨了超声波在混凝土中的传播规律。其次,本文探讨了小波变换在超声波信号去噪中的应用,并通过仿真试验找出了适合超声波信号的小波去噪法及其小波基。另外,小波变换具有较好的时频局部化分析能力,对超声波收信号进行小波分解,可将其剖分成许多不同的频带,选取信号主要能量所在频带进行分析,从而构造出表征缺陷程度的缺陷因子。缺陷因子越小,表明缺陷程度越严重,试验表明,该缺陷因子的大小可以正确地表征混凝土的缺陷程度。接下来,本文在传统声阴影法的基础上提出一种超声波检测混凝土缺陷成像的定性分析方法。它类似于层析成像技术,同样可以重建试件的断层图像,但计算量要小得多,且编程简单,可以定性地分析混凝土结构内部的质量状态,同时可为定量反演计算多提供了一种图像信息,两者相互对照,可提高反演的准确性。最后,本文探讨了三种现代智能优化算法在混凝土超声速度反演层析成像中的应用,同时,对传统的DLSQR算法作了改进,并通过模型试验,分析比较了这几种算法的优缺点。试验结果表明,本文采用的四种反演算法,数值稳定,结果正确。其中,采用DLSQR算法来求解二次优化增广目标函数的正态方程,使得各像元的反演声速得到了相应的约束,较接近实际的物理模型,但仍有部分像元的声速反演值偏高。而对于混沌模拟退火回火算法、混沌模拟退火遗传算法和连续蚁群优化算法这三种现代优化算法,由于在寻优过程已对声速反演值的范围进行了有效的约束,其反演结果更符合实际的物理模型。同时,在四种算法中,DLSQR算法在计算速度、走时拟合残差等方面都具有优势,是一种稳定、快速的反演算法。而在另外的三种智能寻优算法中,混沌模拟退火回火算法的寻优效率最高,其它两种算法由于涉及到代间进化计算,计算量较大,寻优速度较慢,且随着射线路径矩阵的增大而迅速下降,其中,混沌模拟退火遗传算法由于有混沌模拟退火算法进行局部搜索,寻优效率比连续蚁群优化算法高。因此,在智能寻优算法中,建议采用混沌模拟退火回火算法。此外,本文还探讨了不同的图像后处理方法、混凝土试件内部不同的缺陷组合形式以及不同性质的缺陷等对超声波CT图像质量的影响。