探地雷达（Ground penetrating radar,简称GPR）广泛应用于近地表物体的探测实验中,具有无损,分辨率高,探测速度快等优点。在实际生活中也常用于公路裂缝检测,建筑缺陷检测,地质勘探中。对于复杂物体具体形状及其电磁参数可由全波形反演方法来进行计算并得到精确的结果。本文从频域逆时偏移算法出发,利用全波形反演与蒙塔卡罗方法的结合展开了相关研究。逆时偏移成像可清晰的重建近地表的地质结构和目标物体的几何形态,而且适用于在大空间中对于较小物体的定位与大致形状的判断。在实际应用中逆时偏移成像的计算效率和计算成本是重要的判别标准。本文在成像工作中应用了频域逆时偏移成像,简要阐述了频域逆时偏移成像的原理,并在同等精度下得到与其他成像算法相同甚至更精准的成像结果,由此方法确定了目标物体大致的位置和大小。然后基于上述的成像结果使用全波形反演对物体的具体形状和相对介电常数进行重构,在反演过程中采用变分玻恩迭代方法加速迭代。变分玻恩迭代方法相较于玻恩迭代方法具有收敛速度更快的优点,相较于变形玻恩迭代具有计算量更少的优点。经过反演后得到了正确的物体形状及其电磁参数。接着对统计概率学方法蒙特卡罗方法进行了介绍,该方法用于在大容量随机样本中判定事件发生的概率。应用该方法将变分玻恩迭代空间进行压缩,在设定合理的阈值情况下,通过每次反演迭代之后进行概率统计判定将一部分背景空间剔除掉,逐步压缩反演空间,一定程度上提高反演速率,促进变分玻恩迭代方法得到更为精确的反演结果。最后研究了该联合方法的鲁棒性,模拟在实际环境下对复杂物体的联合成像与反演,在模拟的数据样本中加入三种不同大小的噪声,分别进行成像和反演,将最后反演数据结果与测试数据结果进行残差计算,证明了在反演迭代中均可以将误差减到足够小的数值。同时,还将背景介电常数进行更改,与模型设置的背景具有一定误差,最终的结果证明了反演结果残差对背景介电常数的误差具有高度的敏感性。