合成孔径聚焦成像技术使用小孔径及低频率换能器即能获得高分辨率的图像，在超声检测成像领域得到广泛应用。受不同介质层声学特性差异影响，多层介质合成孔径技术成像时需要进行卷积与迭代计算，成像效率低，且难以降低系统噪声及随机噪声对成像的影响。本文通过改进合成孔径技术的延时叠加算法来提高成像效率，并研究多层介质空间复合成像方法，降低斑点噪声及伪影对成像的影响。　　第一章阐述了论文背景及意义，从多层介质超声检测、多层介质超声传播声场模拟与合成孔径聚焦成像技术等方面分析了国内外研究现状及存在的问题，并给出了论文研究内容及章节安排。　　第二章采用多元高斯声束模型及超声测量模型，模拟了多层介质超声传播声场及缺陷响应回波信号，通过对模拟的缺陷响应回波信号进行延时叠加计算，实现了多层介质超声合成孔径聚焦成像仿真。　　第三章引入了地震波数据处理领域的均方根速度模型，研究了基于均方根速度的多层介质的合成孔径聚焦成像，提高了成像效率。并通过对比传统射线跟踪技术，验证了基于均方根速度模型合成孔径聚焦成像的精度。　　第四章研究了虚拟源模型在多层介质超声检测中的应用，建立了基于虚拟源的多层介质合成孔径延时叠加算法。通过控制水声距获取不同的聚焦深度，并对包含不同缺陷孔的钢试块进行合成孔径聚焦成像，研究了基于虚拟源合成孔径聚焦成像沿深度方向的变化规律。　　第五章为降低合成孔径聚焦成像中的斑点噪声及散斑，研究了一种适用于多层介质的空间复合成像方法。通过对回波信号进行希尔伯特包络处理，然后修正声束在不同介质中传播产生的渡越时间偏差及折射路径偏差，实现了多层介质的空间复合成像，并讨论了空间复合成像的成像精度。　　最后对全文工作进行总结，并对后期研究进行了展望。