时域反射仪(Time Domain Reflectometry,TDR)是基于时域信号测量技术的测量仪器,该仪器通过测量超宽带脉冲在传输线上的传播状态和传输时间,反演传输线特性。TDR技术由于可以实现连续原位测量,且对被测介质无破坏,因此被广泛应用于土壤参数测量领域；TDR系统的研制与基于TDR系统的土壤参数反演算法也成为国内外研究的热点之一。　　 本文对TDR系统进行了深入研究,开发出TDR-I土壤参数测试样机,对TDR数据信息进行提取,反演被测介质参数特性。　　 TDR硬件系统主要由发射单元、接收单元、主控单元、测试电缆和TDR测量探头等部分构成。发射单元产生快速上升沿的测试脉冲,接收单元采集脉冲在测试探头上的反射回波；基于TDR硬件系统特性和波形特性,采用适当的处理方法对TDR回波信号进行处理,提取回波信息,进而反演被测介质的特性参数。　　 本文在深入研究TDR参数测量的基本原理和基本方法的基础上,设计开发出一套完整的TDR系统样机,分别从时域,频域和联合时频域对TDR测量波形进行了参数反演。论文的主要工作和创新成果包括:　　 1.基于阶跃恢复二极管(step recovery diode,SRD)和肖特基二极管研制出适用于土壤参数测量的TDR发射电路,该脉冲发射电路具有50欧姆匹配输出,脉冲上升沿小于150ps,无振铃和拖尾现象；　　 2.基于快慢斜波比较法实现了ps级的等效步进,采用DAC实现慢斜波的产生,易于控制等效步进时间；　　 3.设计并实现了时窗跨接式的接收采集技术,该技术可实现大时窗跨进延时和小延时窗步进延时相结合,共同实现TDR数据采集,克服了步进延时采样时窗较小的弊端；　　 4.分别利用阶跃恢复二极管、短路传输线、微波三极管和肖特基二极管研制出TDR取样门电路,实现该取样门与接收单元的级联；　　 5.在TDR测量系统中加入温度测量模块,引入温度校正量,消除被测土壤温度变化对TDR测量反演结果的影响；　　 6.完成TDR系统样机研制,开发出面向TDR测试系统的控制和自动分析软件,实现TDR系统的实时控制,并实时计算表观介电常数,土壤体积含水量和电导率；结合TDR系统的多次反射模型,利用倒谱域滤波法对TDR波形进行滤波,有效地滤除了TDR探头产生的多次反射；　　 7.提出了TDR系统的频率域快速校准算法,利用该方法可以有效地消除TDR测试电缆和系统连接件产生的反射波；　　 8.应用联合时频分析方法对TDR回波信号进行了分析研究,利用Gabor变换、Wigner-Ville分布和Gabor-Wigner变换等方法,在T-F(Time-Frequency)平面获得被测介质的介电常数。