探地雷达是一种高效的浅层地球物理探测技术，由于其具有快速便捷、操作简单、抗干扰和场地适应能力强、探测分辨率高等方面的优势而被广泛应用于工程勘探中，因此，研究探地雷达基础理论和应用技术有重要意义。本文从探地雷达波场数值模拟、偏移成像和回波信号处理三个方面进行了探讨。首先，介绍了时域有限差分法的基本原理，从麦克斯韦方程出发，建立二维空间中的时域有限差分方程，通过设置合适的激励源、网格尺寸、空间和时间步长进行计算。考虑到地下介质一般为有损耗媒质，模拟中采用通用完全匹配层(GPML)作为吸收边界条件来吸收向外的电磁波。对几个典型的地电模型进行了波场数值模拟，得到相应的探地雷达剖面图。其次，由于探地雷达原始数据剖面一般显示的是扭曲、失真的地下地质体结构，因此，需要对模拟出来的原始雷达剖面进行偏移处理，使雷达记录中的每个反射点都移到其真正位置。频率—波数域偏移由于采用FFT，其计算效率高，是比较经济的偏移方法，通过对模拟出来的探地雷达剖面进行频率—波数域偏移处理，得到偏移后的雷达剖面图，它反映了真实的地下地质体结构。最后，针对探地雷达目标回波信号中直达波干扰强的特点，在卡亨南—洛维(KL)变换的基础上，研究了基于小波域的KL变换方法，该方法利用了小波分析的时频局部化特性和多道探地雷达记录中直达波、目标回波信号的不同相关性，对探地雷达记录进行小波分解，得到多频段的小波剖面，对不同频段的小波剖面进行KL变换实现了直达波去除。对实验数据和实际数据进行了仿真，结果表明，该方法可以有效去除直达波，使目标信号得以突显。