隧道超前地质预报减少了隧道施工的盲目性,避免了许多未知的风险。而地质雷达具有高效、快捷方便、低成本的特点。把地质雷达应用于隧道超前预报实现了应用性和经济性的完美结合。论文从现有的地质雷达理论和相应的电磁波基础传播理论出发,建立电磁波的麦克斯韦方程组,对地质雷达天线发射的电磁波场特征、电磁波空间与时间场、电磁波在有耗介质中的传播规律做出总结。通过分析雷达脉冲波在岩土介质中的传播与衰减规律,论文总结出雷达波的传播特性,探求如何运用地质雷达采取高信噪比的数据,并以适当的方式处理取得的数据来进行高精确度预报。另一方面,论文对地质雷达探测能力、参数选用等方面作一些论述,重点对工作中几个重要指标,如纵向分辨率、横向分辨率、探测深度等问题作了细致分析并用SIR-3000型雷达作相关试验,结合一些实地工作经验提出雷达现场工作存在的一些问题,为提高和改进雷达工作能力提供参考。由于地下目标体周围复杂地质条件对地质雷达数据的影响,目前国内外在地质雷达数据分析和处理方面均尚未有重大突破,要从根本上解决这一难题,还是要研究合适的时频分析手段。因而本文对现有的几种常见的时频分析手段进行了探讨,对傅立叶变换、小波变换和希尔伯特-黄变换进行阐述,讨论相应的时频分析的理论,对数字信号的处理效果与优缺点作相应分析比较,通过工程实例来研究这些方法在地质雷达数据处理过程中的优劣并得出一些建议。