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探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是一种地下探测工具,其最主要的任务是对地下目标的位置、形状等信息进行探测。因此,探地雷达在诸如市政工程、考古学、文化遗产管理和地质学等领域获得了广泛的应用。近年来,随着微波成像算法的发展,各种新型的成像算法也被广泛的应用到探地雷达之中。微波成像技术具有无损探测的特点,本文所研究的时间反演算法就是微波成像算法中的一种。探地雷达的工作过程与传统雷达类似,天线阵列将电磁信号对着探测区域发射,电磁波穿过土壤到达散射体处时,产生后向散射场,散射场被探地雷达的接收阵列所记录,最后对接收信号进行信号处理和图像重构产生二维图像。本文在介绍了时间反演理论基础之后,对于该方法的分辨率进行了分析,又从反演场表达式出发,通过编写代码绘制了三维反演场分布,验证了时间反演场的三维聚焦特性。对于时间反演方法,根据其对于接收到的信号处理方式的不同分为基于算子的时间反演和不基于算子的时间反演方法。对于基于时间反演算子(TimeReversal Operator,TRO)的成像方法,研究分析了迭代时间反演镜、算子分解法、多信号分类法对于地下物体探测的可行性,并在引入了空频混合数据矩阵后,在保证较好的分辨率条件下,大大减少了成像过程所需要的时间。此外,本文在传统的时空聚焦方法的基础上,为了解决其分辨率低的弊端,利用了子阵列的思想,对成像谱函数进行了改进,提高了时空聚焦方法的分辨率,实现了超分辨,本文还对这几种方法在噪声存在情况下的表现进行了比较分析。为了进一步验证上述方法在真实环境下应用的可行性,本文在仿真软件CST(CST Studio Suite)和lumerical FDTD上建立了一个模拟的探测系统。发射天线与接收天线均采用偶极子天线,初始信号采用高斯调制脉冲。选择金属、塑料和混凝土三种材料进行模拟成像,在地表上布置多达8个天线进行信号发射和接收,对接收到的散射信息进行一定的预处理后,消除了天线间耦合的影响,应用时间反演方法对散射信息进行成像,结果显示时间反演方法在地下探测应用中保持了良好的成像质量。