探地雷达(Ground-Penetrating Radar,GPR)是近几十年发展起来的一种基于地下目标的有效探测手段。近年来随着超宽带技术的发展，超宽带探地雷达得到了广泛的研究和应用。在国防、公安、城市建设、公路、铁路、机场、水利、运输、矿山、隧道、考古等许多领域都表现出强劲的生命力和广阔的应用前景。超宽带探地雷达的研究对国民经济的发展有十分重要的意义。本文通过对雷达探距方程的分析，得出了探地雷达探测深度的影响因素；在品质因子为常数的假设条件下，分析了极限情况下(百分带宽等于2)超宽带信号的能量损耗情况；并以此为基准，比较了具有不同百分带宽探地信号的探测深度；找出了相对探测深度、距离分辨率与百分带宽的关系；从数学的角度推导了距离分辨率、方位分辨率的影响因素。针对探地雷达数据与地震数据记录的相似性，借鉴地震数据处理中的一些方法，同时结合超宽带探地雷达自身的特点，研究了一种新的高分辨率时频分析方法：S变换，并与常规方法进行了比较：研究了F-K偏移成像方法在超宽带探地雷达中的应用，比较了不同的插值方法。本文完成的主要工作可归纳为如下几个方面：1．在一定条件下，推导了相对探测深度、分辨率与百分带宽的关系；找出并相对量化了超宽带探地雷达相对于窄带连续波雷达的优势。2．针对目前常用时频分析方法存在的问题：重点研究了一种新的时频分析方法：S变换，进行了有效性验证，与短时傅立叶变换进行了比较，并用于模拟的超宽带探地雷达信号的时频分析，结果表明S变换在高频段具有高的频率分辨率，在低频段具有高的时间分辨率的特点。3．实现了基于不同插值方法的F-K偏移处理；引入了图像熵的概念，从图像熵和运算时间两个方面对不同插值方法进行了比较，得出基于8点SINC插值的F-K偏移在效率、效果方面具有优势。4．利用基于SINC插值的F-K偏移方法对UWB-GPR正演数据进行了处理，结果表明反射波得到了正确归位，绕射波自动收敛，提高了剖面的横向分辨率，确切地反映了异常体的位置、结构信息。