本论文是国家863计划课题(2001AA132050)“高分辨力表层穿透雷达探测技术——相控阵探地雷达”中子课题(2001AA132050-03)“相控阵探地雷达回波信号处理及可视化研究”中关键技术的研究工作。目前的探地雷达难以解决探测深度和分辨率的矛盾，因此把相控阵技术引入到探地雷达中，研制相控阵探地雷达，它的相关理论还不成熟，对它所采集的数据进行分析和处理成为一个难度很大的研究课题。 速度是贯穿整个探测过程中很重要的信息，它可以为数据叠加、偏移归位、求取层速度提供参数；雷达回波信号奇异点携带了大量地下目标物的信息，是借以分析地下物质结构的重要依据。本文的主要研究工作就是叠加速度分析和奇异性检测。 叠加速度分析需要借鉴地球物理勘查中速度分析方法，本文结合相控阵探地雷达天线阵的特殊结构和工作方式，提出了一种改进的叠加速度分析方法，并且运用图像处理中线性和非线性灰度变换的图像增强技术，完善了速度谱图的视觉效果。首先把该方法运用于江汉石油学院的正演软件生成的数据，验证了方法的可行性之后，再运用于三峡大坝工地首次实地试验所测得的数据，制作了速度谱，从速度谱上得到了叠加速度和强反射发生的位置等信息，初步描述了地下结构，也为其他处理提供了重要参数。 回波信号奇异点检测算法是以多尺度模极大值搜索算法为基础，根据噪声和有用信号的模极大值随小波分析尺度增加的不同表现，去除了部分噪声奇异点；又利用丰富的回波数据，结合一个通道内信号相邻点的相关性，以及接收通道回波信号强弱与接收天线元的排列关系，接收时间的先后与接收天线元的排列关系，进一步改进算法，去除大量的干扰奇异点，得到了有用信号精确定位的奇异点，为分析地下结构提供了重要依据。