丁羟衬层“半固化状态”对确定固体火箭发动机装药时间至关重要,因此研究丁羟衬层的固化过程和“半固化状态”判定有重要的理论意义和实际价值。本文对固体火箭发动机丁羟衬层固化状态检测中存在的关键问题进行研究与分析,围绕丁羟衬层固化过程监测和监测结果的表征,在超声波束混频理论、丁羟衬层固化过程的混频监测技术、超声检测信号处理以及丁羟衬层固化状态的表征方法等方面进行了理论和实验研究。首先,对非线性超声波束混频理论进行了研究与分析,并通过仿真和实验研究了LY12铝材料中的混频现象。从弹性波在各向同性固体介质中力学作用的角度,阐释了非线性混频波产生的原理和混频现象的作用机制;通过仿真实验对LY12铝材料中两列基频波相互作用角α、混频波传播角?以及幅度系数W随着基频波频率比d改变而变化的情况进行了分析与探讨,仿真分析表明,混频模式SV（ω₁）+SV（ω₂）→L（ω₁+ω₂）和SH（ω₁）+SH（ω₂）→L（ω₁+ω₂）比较适合用于设计波束混频监测实验;按照理论研究和仿真分析的结论设定混频条件,在40mm厚的LY12铝合金试件上对两列基频横波作用生成混频纵波的模式进行了实验检测,检测结果验证了理论分析和仿真实验结果的正确性。其次,设计了丁羟衬层材料固化过程的非共线混频监测装置并进行了丁羟固化过程的实时监测。针对实际中丁羟衬层比较薄从而导致传统的非线性超声检测方法因分辨率不足、检测回波产生时域混叠而难以实现对其检测的问题,通过对丁羟衬层固化过程非共线混频监测中需要解决的关键问题进行分析,设计了铝板-丁羟衬层-铝板检测结构;该结构以丁羟衬层为中心将非线性共振作用区域划分为三部分,在固化过程中丁羟衬层材料特性的改变会引起混频条件的改变,从而影响产生的混频波的能量;基于该原理从理论上推导了激发的混频波传播角最优时楔块倾斜角和基频波频率比的约束关系,并以此为依据设计了对丁羟衬层固化过程进行非共线混频监测的实验装置,实现了对丁羟衬层材料固化过程的实时监测。实验结果表明,在设计的铝板-丁羟衬层-铝板结构中激发的混频信号对丁羟层固化变化敏感,而且能有效避免混频始波和一次回波发生时域混叠;同时,实际检测信号的参数和理论分析结果吻合;因此该结构可以用于丁羟衬层固化过程监测。然后,针对目标混频信号能量非常小,经常被噪声淹没的问题,基于稀疏分解理论和粒子群优化算法提出一种强噪声背景下微弱超声检测信号的参数估计方法。该方法将超声信号的降噪和参数估计问题转换为在参数空间上对函数进行优化的问题,首先以稀疏分解理论和超声信号的结构特点为依据构建了匹配超声检测信号的超完备字典,将超声检测信号的参数估计问题转换为在超完备字典中寻找最优原子的问题;紧接着构建了粒子群优化算法在超完备字典中寻找最优原子所需要的目标函数及去噪后信号的重构方法;然后根据粒子群优化算法可以在连续参数空间寻优的特点采用改进的自适应粒子群优化算法在超完备字典中对目标函数进行优化;最后根据对目标函数在字典上的优化结果确定最优原子,并利用最优原子重构信号从而实现对超声检测信号的降噪和信号参数估计。通过对仿真超声信号和实测超声信号的处理结果表明本文提出的方法可以有效提取强噪声背景下的超声混频检测信号的参数,从而为后续章节信号处理和混频信号的参数估计奠定了基础。最后,为了解决实际生产中丁羟衬层“半固化状态”主要依靠工程人员经验判定的问题,对采集的丁羟衬层材料固化过程的非共线超声波束混频监测信号进行了处理,通过信号预处理、特征提取和分析、丁羟材料固化过程表征三个环节实现对丁羟衬层材料固化状态的表征和“半固化状态”的判定。预处理环节采用变分模态分解有效增强了混频信号的信噪比,同时避免了信号处理过程中产生的端点效应和模式混叠;通过对混频信号特征分析,提出了一种混频非线性系数并将其用于丁羟固化状态的参数化表征,实现了丁羟“半固化状态”的判定。