探地雷达是一种通过利用地下介质的不连续性来探测地下目标的有效工具。由于探地雷达具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、不损坏被探测目标等特点，使其在国防、公安、公路、铁路、桥梁、隧道、机场建设，及探矿，地质考察，考古等方面得到了广泛应用。由于探地雷达拥有既定的垂直分辨率，所以当接收的回波信号之间的时间延时很短时，两回波信号之间会产生混叠，导致从很难分辩两层地下介质。为了有效的从获取的探地雷达数据中提取有用信息，准确检测和识别路基路面隐性灾害，对探地雷达数据进行信号处理与目标识别是必要的，是具有重要的理论意义和现实意义的。 本文通过研究探地雷达的基本知识和独立分量分析方法，提出运用基于独立分量分析方法分离两个混叠的探地雷达回波信号，从而估算出两个回波信号之间的时间延时，最终计算出地面薄层厚度。第一种方法是面向杂波抑制的GPR信号分离算法，它利用的是无论地下介质反射信号的存在与否，地面杂波信号都会存在，所以我们可以把杂波信号和地下反射的有用信号看作是相互独立的，从而利用独立分量分析方法来处理GPR信号。第二种方法是面向路面层厚度估计的GPR信号时延估计算法，这种方法利用一维GPR信号的各个时延版本构造由多个信号组成的矩阵，将其作为独立分量分析方法的输入从而得到两个相近回波之间的时间延时。 本文的主要任务是，在学习分析独立分量分析方法的基础上，结合探地雷达的特点，分析了运用独立分量分析方法处理探地雷达回波信号的可行性，并提出了两种方法，分别是面向杂波抑制的GPR信号分离算法和面向路面层厚度估计的GPR信号时延估计算法。通过用matlab实现这两种方法，并进行仿真实验，得出可以利用这两种算法获得混叠回波之间的时间延时，从而最终计算出地面薄层厚度，提高探地垂直分辨率。其中面向杂波抑制的GPR信号分离算法还可以用于杂波抑制的图像显示。