探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)技术广泛应用于许多军事和民用工程。本文针对目前GPR工程应用中遇到的三维问题效率低下、分辨率不高、弱目标检测能力弱及目标属性不明等若干问题，对探地雷达波场数值模拟(即，正演方法)和目标成像技术(即，反演方法)进行研究，旨在提出和发展这方面的新算法、新技术，提高探地雷达的成像质量和应用效果。　　 在探地雷达波场数值模拟方面，研究了基于高频射线理论和电磁场积分方程两类完全不同的正演方法，并分别发展了它们各自的改进算法。首先研究了基于射线理论的雷达波场数值模拟方法，提出了利用波传播时间插值思想的计算三维复杂介质中透射波波前旅行时及反射波波前旅行时的方法，包括推导了基于规则离散单元模型及不规则离散单元模型下的波前时间计算公式，以及提出了基于规则离散单元和不规则离散单元模型的透射波和一次反射波射线追踪方法。　　 接着研究了基于电磁场积分方程的雷达数值模拟方法。主要对基于Born近似的线性模型进行修正，提出了一种更为精确且高效的探地雷达波场数值模拟算法，并分别详细讨论了：依据格林函数的Toeplitz特性，采用FFT实现散射系数的快速计算；利用分段FFT(Seg-FFT)降低计算接收点的采样率：以及采用复频域计算方法避免奇异值等关键技术。　　 在目标成像技术方面，研究了基于偏移成像和层析成像两类目标重构算法。在现有的偏移成像方法的基础上，提出了提高成像质量及降低成像成本的新反演技术。包括：利用改进的非均匀快速傅立叶变换算法实现偏移过程，进而达到减少计算时间、降低存储空间的双重效果；研究基于最小二乘的匹配追踪谱分解算法，并将该算法与偏移算法相结合，取得了提高成像结果信噪比、修正目标尺寸估计值、增强弱小目标探测能力等效果。　　 在现有的线性层析成像快速算法的基础上，以改进的雷达线性波场数值模拟方法为依托，发展了一种同时适用于强、弱散射体的目标识别技术。通过引入基于对角张量近似(Diagonal Tensor Approximation，DTA)和宽频近似的散射修正系数，克服了传统的基于Born近似的层析成像算法只适用于弱散射体的缺陷。同时，引入BiCGS-FFT技术获得了该算法的快速实现。该算法改善了成像质量，不仅包括目标体的位置、尺寸，还包括电性参数的估计。