Cuando una aeronave pasa a través de nubes que contienen gotas de agua sobreenfriada, la superficie del borde de ataque acumula gradualmente hielo. La rugosidad de la superficie del hielo es un parámetro importante que afecta el coeficiente de transferencia de calor convectivo local y el coeficiente de recolección de agua, lo que a su vez afecta la forma del hielo. Sin embargo, debido a que la rugosidad de la superficie del hielo en aeronaves es un valor transitorio que varía en el tiempo y el espacio, es extremadamente difícil de medir con los métodos existentes en tiempo real. En este estudio, se aplica una técnica de pulso-eco ultrasónico sin contacto (UPE) para caracterizar la rugosidad del hielo en la superficie de un modelo de perfil aerodinámico. Se establece un modelo multicapa con perfiles de rugosidad equivalentes en forma de perlas para estudiar los efectos de los cambios en la rugosidad del hielo sobre las señales de eco ultrasónico. Una serie de simulaciones indicó que la rugosidad del hielo puede medirse de manera cuantitativa y efectiva en el rango de [11.6, 120] m. Basado en estas simulaciones, se desarrolló un dispositivo experimental UPE para medir las señales de eco en la parte superior del hielo correspondiente a la rugosidad de la superficie. Los resultados muestran que, tanto para las muestras de rugosidad de superficie regular como irregular, el error relativo máximo en la rugosidad es inferior al 15%. Mientras tanto, diseñamos y complementamos el experimento con el modelo de perfil aerodinámico NACA-0012 para realizar la medición en línea de la rugosidad del hielo en un túnel de investigación de formación de hielo.