探地雷达作为一种快速,高效,无破损的探测工具,已经广泛应用于道路工程无损检测中。通过对实测探地雷达信号进行反演分析,可以对路面结构层厚度,介电参数以及是否存在脱空等结构病害作出判断。进行反演分析的关键就是构建探地雷达电磁波在层状有耗介质中传播的正演模型和寻找高效的反演优化算法。因此,开展层状体系探地雷达检测正反演研究对于推动探地雷达在道路无损检测中的应用具有重要意义。本文针对目前探地雷达正反演算法中存在的一些问题,提出了基于辛算法的正演模型以及基于粒子群优化算法的反演策略,提高了正反演算法的精度和效率,对探地雷达基础理论与应用技术的发展具有一定推动作用。取得的主要成果和结论如下：(1)基于精细积分方法构建了探地雷达电磁波在层状有耗介质中的传播模型。将频率-波数域中Maxwell方程组化为仅含有电场和磁场水平分量的一阶常微分方程组形式,采用基于两点边值问题的精细积分方法求解层状有耗介质中电磁波的反射系数和透射系数。通过与解析解以及传递矩阵方法计算结果的对比可知,精细积分方法不仅精度高,而且数值稳定性好,可有效避免传递矩阵方法中可能出现的指数溢出现象。依据该模型模拟合成了均匀以及非均匀层状结构中探地雷达电磁波的反射信号,并将反射信号分别与FDTD方法模拟结果和实测信号进行对比,验证了模型的精确性以及对于实际工程的适应性。(2)基于辛分块Runge-Kutta方法构建了探地雷达电磁波在二维有耗介质中传播的正演模型,推导了一阶,二阶以及四阶迭代格式,给出了适用于辛算法的吸收边界条件以及总场散射场技术,并证明了二维情况下辛算法的数值稳定性。相比于传统FDTD方法,辛算法仅需要两个方程就可以完整描述整个电磁场,而FDTD方法需要三个方程,这大大节省了计算机内存和计算时间。采用辛分块Runge-Kutta方法模拟了路面裂缝,路基脱空以及土基不密实等道路病害的探地雷达检测wiggle图,为解释实测雷达剖面提供了依据。(3)基于标准粒子群优化算法和一类改进的粒子群优化算法,分别建立了层状结构介电特性反演分析方法。首先利用3种标准测试函数分析了不同控制参数对于粒子群算法性能的影响；然后通过理论模型对层状结构介电常数进行反演分析,对比标准粒子群算法和改进粒子群算法的精度和效率,结果表明,改进粒子群算法的精度和效率都优于标准粒子群算法;最后利用改进粒子群算法对实际路面结构层厚度进行反演分析,通过钻芯验证,反演结果误差控制在3%以内,能够满足工程精度需要,这为反演分析在道路质量控制中的实际应用创造了条件。