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针对高速列车重要部件之一的空心轴内部斜裂纹和垂直裂纹难以检测的问题，本文研究了一种双层介质下超声合成孔径空心轴缺陷检测技术。通过费马原理和波束序列合成技术建立了双层介质下相控阵单元超声发射和接收的数值模型，并进行了实验验证，实现了对内部缺陷进行精确定量检测。其结果与直接耦合情况相对比，发现该算法还能有效抑制伪影现象并显著提高信噪比，更具有优越性。