阔叶材原木因其天然的色泽、优美的纹理和高强度的力学性能,成为家装业和建筑业的理想原材料。阔叶材原木的质量随树种、产地、甚至同一树木的不同部位变化较大,其内部缺陷（如空洞、腐朽、内裂等）直接关系到木材潜在的等级和价值,并影响其利用率。原木质量精准检测通常包括多阶段的质量分等和精确的缺陷检测,因此,在采伐区开展木材质量检测与分等,便于木材快速分流,节约运输成本;同时,在制材厂精准检测木材缺陷,有利于优化锯制方案,提升木材的出材率与价值。应力波技术是原木质量检测的主要手段,但因其响应信号复杂,在时域或频域均难以获取其典型特征,导致其检测精度不高,难以推广应用。针对此,本文重点分析了冲击应力波中的平稳与非平稳信号处理方法,提出了应用时-频分析、小波变换、矩分析、自回归模型等现代信号处理手段,提取包括声速、时间中心、阻尼比、峭度、谱峭度等声特征参数,开展了原木质量分等和内部缺陷预测两方面的研究,主要工作及研究成果如下:（1）研究了应用小阻尼振动系统模拟应力波传播的衰减问题,得出声参数原木质量评估的理论依据。将原木等效为两端自由的均匀直杆,由应力波沿原木纵向传播的波动方程,得到弹性模量、应力波速度与介质密度、固有频率、直杆长度的定量关系。讨论了原木内部纵向作用力对振动系统的影响,并将原木微元等效成单自由度质量-弹簧有阻尼系统,近似模拟应力波传播的衰减问题。重点讨论了衰减振动周期、振幅衰减、能量耗散与阻尼比的定量关系,分析了原木的声特征参数与振动衰减的关系,得出与信号波形相关的声参数评估原木质量的理论依据。（2）建立了基于多声参数的原木质量精确分等策略,有效弥补了单一声速方法无法分等具有较小缺陷原木的质量问题。从能量耗散角度分析了基于一阶矩的时间中心和阻尼比的物理意义,分析了典型声信号对时间中心与阻尼比的显著影响。详细推导了基于连续小波变换的阻尼比参数的提取过程,应用时间中心Tc、阻尼比ξ及两个混合参量ρ/Tc2、Ed/ξ2和声速V等声参数预测了鹅掌楸原木质量并进行分等,分等结果表明前四个参数单独预测的高等级板材率分别为74.2%、74.1%、79.6%和69.0%,远高于声速分等的43.9%。鉴于几种声参数质量评估的差异性以及原木几何形状缺陷对评估参数的影响,得出原木质量精确分等的多参数联合预测方案。（3）研究了缺陷信号分离与增强算法,实现了基于峭度的原木质量预测分等。分析了声源信号的可能组分,将声响应信号建模为主振动信号、缺陷信号和背景噪声等三种信号成分与传播路径响应函数的卷积,提出了基于AR-MED和AR-SK两种信号分离与增强算法,详细给出了MED算法的实现过程,并用算例演示了AR-MED信号分离与增强过程;给出了基于短时傅里叶变换的谱峭度图确定滤波器中心频率与带宽过程,并基于最优带通滤波器实现了缺陷信号的有效分离。对分离出的缺陷信号进行四阶矩计算,提取反映缺陷特征的峭度参数并进行原木质量预测。基于AR-MED和AR-SK两种方法提取的峭度参数KMED和KSK预测的高质量原木组中高等级板材率分别达到72.5%和77.2%。（4）建立了多声参数缺陷率预测模型,实现原木缺陷率的精准预测。为实现原木内部缺陷的定量检测,研究了四种阔叶材混合原木（黑樱桃、白栎、红栎和三叶杨）内部缺陷率与声参数（时间中心、一阶阻尼比、二阶阻尼比、声速）的定量关系。应用径向应力波传播时间法确定原木内部缺陷的位置区域,构建缺陷映射图,计算原木的缺陷率。研究了单个声参数与原木内部缺陷率的定量关系,分析了树种、缺陷分布、缺陷类型等对声参数的影响,回归结果表明,一阶阻尼、声速、时间中心和二阶阻尼比与缺陷率之间的决定系数分别为0.65、0.72、0.87和0.92。应用多元回归方法研究原木缺陷率与多声参数的定量关系并建立缺陷率预测的最优声参数模型,模型的决定系数达0.95,均方误差为6.47。（5）提取了基于AR-MED滤波后的准缺陷信号特征,实现了原木质量的精准检测。研究了四种阔叶材原木内部缺陷率与基于AR-MED方法提取的峭度参数的定量关系,应用回归分析建立了缺陷率的峭度预测模型,模型的决定系数达0.89。为进一步确定原木内部主要缺陷类型和主次,提出了基于复Morlet连续小波变换的谱峭度方法。研究了用于缺陷信号分解的最优小波中心频率的选择方法,讨论了基于谱峭度图的缺陷频带的选择原则,提取了基于谱峭度的信号特征频带,分析了信号频带与缺陷类型的对应关系,实现了原木内部主要缺陷类型的准确识别。最后分析了全局参数（峭度、阻尼比、时间中心、声速等）对某些缺陷检测的局限性,得出谱峭度参数相比于全局声参数对缺陷识别的优势。