结构混凝土的质量检测十分重要。超声层析成像可以重建混凝土结构或构件内部声学参量的完整图像，从而得到一些反映材料特性的参数的分布，因而是一种非常有效的混凝土检测技术。　　 目前对结构混凝土层析成像的研究还不充分，使得该技术难以在工程中广泛应用。本文对混凝土层析成像技术中现有的问题和不足进行了归纳和总结，针对测量误差大、数据规模大、数据不完整、射线路径不清楚、反演模型非线性等问题，分别从数据的获取和预处理、投影参数的提取、射线路径的正演、波速分布的反演等四个方面进行分析和研究，给出有效方法提高成像的准确性。　　 在分析检测过程中误差产生原因的基础上，研究克服干扰的办法，通过增加观测面、加大投射角度、选取合适的换能器和耦合剂、避免内部干扰因素的影响等手段获取更加完整、可靠的原始数据。对不完整的数据，进一步做数据扩展，在一定程度上弥补数据不全造成的谱信息缺失。　　 为了提高观测走时的准确性，减少因此产生的误差，研究了应用分形学中的分数维自动识别首波起点的可能性，使用广义分维更准确地提取首波走时；研究零时对走时读数的影响，以长短测距法或标准棒法做零时校正，减小了因投影参数误差引起的图像失真和方程组不适定。　　 为了提高射线追踪精度，研究了现有追踪算法的特点，采用图论中的Dijkstra算法做全局的最短路径追踪，避免了追踪盲区。针对该算法计算时间较长的缺点，采取动态调整内插结点数、双向路径追踪等方法，在保证计算精度的同时，有效缩短了计算时间，为反复使用该方法准确获取射线路径奠定了基础。　　 针对现有单一反演方法的不足，在分析各种方法优缺点的基础上，将三种不同类型的反演方法结合起来：利用SIRT法快速生成初始波速；以该波速为背景波速，利用滤波反传播法增加图像分辨率；使用模拟退火法进行完全非线性反分析，最终获得整体最合理的波速分布。根据这一思想生成的层析成像软件能较真实地生成混凝土波速图像，可在工程检测中进一步推广应用。　　 在利用SIRT法计算初始波速的过程中，为提高计算结果的准确性，降低尚存信号误差对计算的干扰，研究了SIRT法的算法原理及信号质量对波形幅值、频率、传播距离等的影响，根据这些信息建立信号可信度函数，以其对慢度修正值进行加权平均，提高了后继反演算法输入波速的质量，为提高成像分辨率和加快SA法收敛过程创造了条件。　　 在利用SA方法搜寻最优波速分布时，针对退火进度、生成函数和接受概率等对算法计算时间的决定性影响，在深入研究SA算法机理的基础上，对相关规则和函数进行了设计。特别的，为充分利用前级反演算法的计算结果，使SA算法不至于在初始波速已经位于整体极值附近时意外跳出，对其接受函数做了研究和改进，加快了收敛速度。另外，为算法增加了记忆功能，使得在算法结束时的波速分布必定是搜索过程中所遇到的历史最优解。　　 为验证上述方法的有效性，对混凝土试件和构件进行了实际测量和计算。经过分析和对比，证明这些措施确实能够有效提高波速成像的准确性，从而将大大推动混凝土超声层析成像技术在结构混凝土质量检测中的普及和应用。