由单个脉冲激励的超声信号具备有限新息率信号特征,能够对其进行稀疏采样,进而从稀疏采样数据中准确恢复出原信号的关键信息参数,可以有效降低脉冲类超声信号的A/D采样速率,减少采集数据量,在超声检测领域有着广泛的应用。而编码激励超声能够有效提高检测信号的平均声功率而不增加发射电压,并提高检测范围与信噪比,在超声检测领域也有广泛的应用。但编码超声信号波形结构复杂,不具备有限新息率信号特征,因此无法直接应用基于有限新息率的采样理论对其进行稀疏采样,制约了其应用领域的拓展。针对这一现状,论文在研究编码超声信号特点与有限新息率稀疏采样理论的基础上,提出了一种适用于编码超声信号的有限新息率稀疏采样框架,推导其理论体系,并通过自行设计的硬件电路实现了这一框架。论文首先分析了现有的有限新息率稀疏采样理论,对目前脉冲类超声信号有限新息率采样体系进行了归纳和总结。建立了编码超声信号的数学模型,通过理论研究和仿真手段分析了编码超声信号的时频特征、激励方式以及换能器响应信号的特性。结合在缺陷检测领域对回波信号参数的要求,提出了一种基于高阶矩提取的编码超声回波信号脉冲流转换方法,将编码超声回波信号转换为有限新息率信号,并保留了回波信号的时延和幅值参数,对转换后的信号进行稀疏采样,从稀疏采样数据中准确重构出了回波信号的时延和幅值参数。设计并制作了理论框架下的硬件实现电路,测试并分析了电路的输入输出特性。以管道缺陷样品为检测对象,进行了不同种类和大小的缺陷检测,能够有效检测出缺陷。试验结果表明,该方法可以有效降低编码超声信号的采样速率,减少采集数据量,为编码类超声信号有限新息率稀疏采样方法在宽频带、多传感器阵列、长时间检测以及对数据快速处理要求高的场合进行应用提供了理论依据和硬件支撑。论文的主要研究内容如下:(1)阐述有限新息率稀疏采样原理,总结目前脉冲类超声信号有限新息率稀疏采样技术的进展。对编码超声检测应用领域和技术特点进行分析,指出编码超声信号稀疏采样的需求领域,建立编码超声信号稀疏采样与重构总体流程。(2)对比分析常见的编码形式及其特点,采用一种二进制频率编码方式,建立其数学模型,并对其时频特性、换能器响应特性以及回波信号参数进行分析和研究,为后续在此编码形式基础上开展有限新息率稀疏采样打下基础。(3)提出一种基于高阶矩的信号转换方法,推导编码超声信号脉冲流构建框架,给出脉冲流信号转换阶数的选择依据,并分析转换后信号的参数保留特性,以此作为有限新息率采样信号。对采样核构建与稀疏采样方法进行研究,获取了编码超声回波信号的稀疏采样数据,并对回波信号的时延和幅值参数进行了估计。设计并制作了该框架下的硬件电路,主要包括二进制频率编码产生与激励电路、编码超声信号回波接收电路、编码超声信号二阶矩提取电路、编码超声信号高阶矩转换电路以及增益调整电路,结合课题组前期研制的采样核电路,实现了编码超声信号的硬件稀疏采样与参数估计。(4)为了验证所提出方法与所设计电路的有效性,分析其性能特点,搭建管道缺陷编码超声检测试验平台,采用4位二进制频率编码,其中“0”代表3.2MHz低频码元,“1”代表6.4MHz高频码元,对4种管道缺陷进行检测,获取了编码超声回波信号的稀疏采样数据。应用零化滤波器法进行回波信号关键信息参数估计,其中时延参数最大重构误差为0.14%,幅值参数最大重构误差为9.32%,按常规奈奎斯特采样理论,A/D采样速率应不低于12.8MHz,而试验中稀疏采样速率为1.2MHz,采样速率仅为常规方法的约10%,采集数据量减少了80%以上,并能够有效检测出管道当中的常见缺陷。