一种超声相控阵信号稀疏特征提取方法，包括以下步骤：步骤A、根据超声相控阵波形特征，构造半波过完备字典；步骤B、对待测信号幅值归一化，截取表面回波与底面回波之前区域作为缺陷信号；步骤C、通过半波过完备字典与正交匹配追踪算法，得到一组可实现少量原子表示缺陷信号的稀疏系数作为稀疏特征；步骤D、对稀疏特征分析，得到缺陷类型分类、缺陷深度，实现以少量稀疏特征实现超声相控阵的故障诊断。其优点在于大幅减少存储数据量，以少量稀疏特征就能实现缺陷类型及位置判断。