探地雷达作为无损检测的勘探技术,具有高效、高分辨率等优点,广泛应用于道路路基检测和病害识别中。探地雷达数据处理分为预处理和成像两部分,数据预处理主要是去除回波信号能量较强的直达波、抑制干扰和噪声等;探地雷达成像可以更直观地呈现地下目标内部结构,从而极大的推动工程应用中的目标检测与识别工作。本文以高速公路路基检测为背景,研究了探地雷达接收数据直达波去除和深层弱回波信号增益调节算法,结合正演数据和实测数据对二维探地雷达成像和三维探地雷达成像算法分别进行了成像验证。本文首先给出探地雷达探测理论和工作方式,结合本文使用的三维阵列雷达给出采集回波信号数据格式和信号模型。针对地下深层目标体和浅层目标体、单目标和多目标模型分别进行了数据正演。针对实测和仿真数据中地表直接反射波和直藕波的影响,引入均值去直达波算法;针对地下深层目标回波较弱的问题,引入指数增益调节,增强了深层目标反射波幅值,给后续探地雷达成像算法研究提供了高信干噪比的回波信号。重点研究了探地雷达二维成像算法和探地雷达三维成像算法。分析了频域-波数域(F-K)波动方程偏移成像、后向投影(BP)成像、有限差分(FD)偏移成像三种探地雷达二维成像算法。针对BP成像算法运行时间太长问题,本文提出降采样BP成像算法,保证成像分辨率的条件下降低了成像所用时间;针对经典BP成像算法旁瓣过高和杂波干扰问题,本文提出了基于均值互相关系数的BP成像算法(简称MCBP成像),实测数据和正演数据成像结果均表明MCBP成像算法基本可以完全抑制旁瓣和杂波干扰,进一步验证了改进算法具有通用性。最后研究了三维频域F-K偏移成像算法,并用正演数据验证了成像的可行性,为三维阵列雷达在公路检测中上位机三维成像软件开发提供了算法基础。