本发明属于超声无损检测技术领域，特别涉及一种用于重叠超声信号分解中超声信号分离与超声回波估计的多分辨率稀疏分解算法。的算法将给定的超声波信号通过不断迭代，在每次迭代中将信号分割成两段，并使用支持匹配追踪算法在参数有着更细化离散步长的离散Gabor字典上分解各段信号来分离严重重叠的超声回波。同时，在每次迭代中都会通过压缩Gabor函数中参数的上下边界和细化参数的离散步长生成一个新的离散Gabor字典。在不增加字典内原子数的前提下，逐步减小字典参数的离散间距，用以实现在每次算法迭代后，超声回波与所得到的原子的匹配程度会逐步提升的效果。在每次迭代中通过信号分割得到的信号段会在比之前更高尺度的分辨率下被分解，在粗尺度上无法被分离开来的重叠回波将能够在更高的尺度上被分离，以此逐渐提高回波分离与回波估计的精度。