本文结合“十一五”国家科技支撑计划“青藏铁路运营安全保障系统研究”的项目,针对在青藏线上,探地雷达路基冻土病害的回波识别和资料处理过程的实际情况做了分析,提出一种新的分析雷达反射波图像的方法。探地雷达作为一种先进的高频电磁波勘探技术,具有对探测对象不造成任何损伤,抗干扰能力强,测量结果直观、准确和高效率等特点。文章先以电磁场和电磁波传播理论为基础,分析了路基介质的电磁学物理特性,并由此深入说明了探地雷达检测铁路路基的基本回波图像特征。然后从路基病害功率谱分析方法入手引入电磁场的ARMA功率谱的基本概念和谱密度,并在此基础上研究了滚动ARMA(Autoregression-Moving Average)功率谱分析技术,这种分析方法把随机信号处理的理念渗入到雷达信号处理。给出了滚动ARMA功率谱剖面的构造方法,并对其算法进行改进。本文列举了两个实例:一、采用此方法对青藏铁路施工路段测温孔情况进行了分析识别,二、对铁道路肩的地下冻土空洞进行病害识别;并均在后期对处理后的雷达谱剖面图在进行了漂移去除和零线设定后,进行滚动功率谱分析,均清晰的看出功率谱的变化情况,而得出异变的具体位置。研究方法上,首先搜集了大量的冻土区工程地质灾害相关的参考文献,全面研究分析了由于冻土产生的融冻带对于地质沉积产生沉陷地层的原因。针对目前探地雷达在时间剖面上进行解释的局限性,提出了滚动ARMA功率谱的分析技术为冻土病害的识别能力提供有效的分析手段。最后,综合数字模型、物理模型和工程实例,针对冻土沉积、空洞等典型病害进行了详细数据分析研究,提出了较为完善的解释策略,并具有良好的效果。理论和实际结果表明,本文的研究对探地雷达在青藏铁路冻土路基检测中的应用具有参考意义。