现代工业的飞速发展对无损检测提出了高精度、高分辨率、高可靠性的要求，使得无损检测技术在产品的设计、研制、生产、使用等各个环节均发挥着非常重要的作用而逐步成为一项全过程、全领域技术。在航空航天、船舶、交通、精密仪器等一系列高端制造工业领域，各种高精度、高参量、复杂结构零件对超声无损检测提出了新的更高的要求，促使超声波检测技术与现代信息技术、计算机技术的融合，进而使得超声波无损检测技术向数字化、图像化和无损评价方向发展。在深入调研国内外研究成果基础上，本文主要从成像的角度较为系统地阐述了阵列超声无损检测的相关理论和算法，提出了阵列超声探头的设计思路及其发射波束在固体中传播声场的数学模型。主要研究内容如下：论文首先介绍了阵列超声成像检测的基本物理架构，其中包括超声成像系统模型、阵列探头发射声场指向性建模、超声波在固体中传播建模、阵列探头收发聚焦建模等。接着利用MATLAB语言对阵列超声探头指向性函数进行了三维仿真，深入分析了阵元数量、发射频率与阵元间距的关系、阵元尺寸与间距的关系等对阵列探头发射声场指向性的影响，并在此基础上提出了阵列探头的设计思路和方法。最后，在传统多元高斯声束叠加法基础上提出了一种改进的算法，并通过仿真将该算法与传统的瑞利积分法进行比较，通过仿真分析验证了这种基于非积分过程的算法能较准确地模拟相控阵探头发射声场在固体中的传播，使高斯声束叠加法能够脱离单探头水浸检测环境，拓展了高斯声束叠加法的适用范围。论文创新点包括：1．对超声探测近场盲区进行新的诠释，推导了探头直径与发射波长的关系对近场声压零点个数的影响，并给出了零点个数及其位置的解析式。2．对二维面阵及线阵探头声场指向性函数进行了三维仿真，分析了各种参数对指向性的影响，依据分析结果提出了阵列探头的设计思路。3．对传统的高斯声束叠加法进行改进，提出了基于相控阵探头的声场计算模型及其时延计算解析式，使之能够较准确地模拟相控阵探头的发射波束在固体中的传播声场。