换热系统在电力、航天、化工等工业生产和日常生活中都发挥着巨大的作用,而换热系统设备内部因杂质集聚而形成的换热污垢,不仅会导致换热效率下降,还可能会引发换热系统安全事故、威胁人身生命财产安全,因此建立一套完善的换热污垢实时检测系统是攻克这一难题的重要环节。基于前期的研究经验积累,发现使用超声时域反射法检测换热污垢具备实时无损、安全简单等优点。但由于换热设备结构复杂、换热污垢质地粗糙疏松,超声反射回波多包含大量噪声,回波之间也存在相互干扰的问题,致使污垢检测信息的读取变得十分困难。针对换热污垢超声检测回波难以精准读取有用信息的问题,本文基于换热污垢超声时域反射检测理论建立有限元仿真模型,从原子字典模型与稀疏分解算法两方面对超声反射回波的稀疏分解特征提取方式进行研究。首先根据换热污垢超声检测反射回波的结构特征,选取与其相似程度最高的数学模型构建过完备原子字典,使信号特征提取的准确度能够从根源上得到保障。其次,本文还针对匹配追踪的稀疏分解算法进行改进研究,提出以帝国竞争算法优化匹配追踪方式的最佳原子所搜过程,提升最佳原子的搜索速度与准确度。最后鉴于帝国竞争算法存在的寻优局限性,提出改进殖民地国家的移动与更新策略,改善原算法全局寻优存在的不足,进一步提高最佳原子的搜索精度,实现较高准确度重构信号特征信息。基于上述研究,将本文提出的改进稀疏分解方式应用于换热污垢超声检测模拟信号与实测信号的处理研究中,分析信号处理效果并读取检测信息。信号处理结果表明,该信号处理方式具备较强的降噪能力与混叠信号分离能力,能够以较高精度还原反射回波特征信息,污垢厚度读取结果误差较小,说明本文提出的换热污垢超声信号处理方法具有较高的使用价值。