层析成像方法能够利用在声波传播介质某处接收的特定参数,得到介质内部某些物理性质的结构图像,从而直观的反映物质结构属性,具有探测范围广和分辨率高的优势,在实际生产领域应用很普遍。但是传统的走时层析成像具有数据拾取困难和易产生射线多路径现象等缺点,本文中研究的立体层析成像方法针对上述层析成像方法的缺点进行逐步改善。主要有以下内容:首先,本文综述了层析成像方法的研究历史与现状发展,阐述了立体层析成像方法的课题研究意义。系统介绍了层析成像中涉及的基础知识,包括物理基础:声波在介质中的传播规律;以及立体层析成像方法基于的数学基础,同时介绍了层析成像方法的基本步骤及计算流程。其次,为了避免传统层析成像方法中两点射线追踪的不稳定,本文采用初值射线追踪来进行正演计算,并采用非线性最小二乘法进行反演计算。在反演计算中定义了新的数据空间,在走时数据基础上增加了声波到达接收处的局部传播方向数据,而且根据反演计算规律减小了反演的数据规模。以此为基础研究了立体层析成像方法的实现过程,同时用计算机程序实现该算法,反演得到了声波传播介质的结构分布。最后,通过不同结构的介质模型验证该方法的可行性,并检验其成像质量,同时对于立体层析成像方法中的各项参数,应用模型试验检测参数对于成像结果的影响。