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埋藏在地下的管线是城市重要的基础设施，担负着信息传送和能量输送的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被视为城市的“生命线”。全面地系统地查清和测绘地下管线网的分布，建立城市和厂区地下管线网的数据库，对维护城市“生命线”的正常运行，保证人民的正常生产、生活和社会发展都具有重大的现实意义。探测管线的方法很多，包括：开挖法、充电法、电磁感应法和探地雷达法等。由于探地雷达法具有无损、分辨率高、图像直观和效率高等优点，尤其在非金属管线探测中效果突出，因此成为主要的管线探测方法。
在探地雷达管线探测中，对雷达资料的解释是其中最重要的一个环节。然而，由于管线的管径、埋深、围岩、材质、管内填充物的物性参数和体积等因素的不同，管线在探地雷达剖面图上呈现不同的形态曲线特征。要想从雷达剖面中提取更多的管线信息，提高解释的精确度，我们必须事先知道各种管线在不同情况下的雷达剖面特征。
研究各种管线在不同情况下的雷达剖面特征的方法主要有两种，最可信的方法就是直接对各种管线模型做物理模拟，另一种方法为数值模拟。数值模拟就的基本思想就是在研究客观管线时，抓住它的主要特征，而丢弃、忽略掉那些非本质的、不重要的因素，概括出一个能反映客观管线的主要特点的模型，再用数学和物理的方法研究发生在该模型中的物理现象的基本规律，用来代表客观管线的基本规律，从而达到研究管线的目的。
本文应用射线追踪方法对地下各种管线模型进行模拟，通过对模拟出的雷达剖面的对比，观察雷达波场特征，加深对雷达反射剖面特征的认识，对认识实际的雷达记录、识别目标体有着重要的意义。同时，探地雷达数据的采集是一切工作的基础，雷达数据的质量影响着解释的精度。探测参数的选择是影响雷达数据质量的主要因素，它包括天线的中心频率、采样间隔和天线距等。本文选择不同的天线距、频率、采样间隔和信噪比，分别模拟出相应的雷达响应剖面，以便通过对雷达剖面的观察和分析，为实际的管线探测的参数选择提供依据。
基于射线追踪法的探地雷达数值模拟的核心是射线追踪，射线路径越准确，模拟出的结果才更接近于真实情况。本文采用的射线追踪法为试射法，其最大优点是运算速度快，能够避开射线在盲区中追踪，实现射线的精确追踪，不足之处是只能在相对简单的模型结构中迭代收敛较快，在复杂结构中收敛较慢，比较耗时。由于本文的管线模型比较简单，最复杂的模型也不过五层分界面，采用试射法是完全合适的。
基于试射法的探地雷达数值模拟实现主要有以下几个步骤：(1)管线模型的建立；(2)用一组射线对模型进行试射，根据斯奈尔定律求出各条射线的终点，找出满足一定精度要求的射线的入射角的大致范围[αn，αn+1]；(3)在区间[αn，αn+1]内应用二分法进行迭代，使射线满足一定的精度要求；(4)根据射线与各个界面的交点和各个层位的物性参数，求出射线的旅行时间和各个界面的反射波能量；(5)用已求出的反射波能量的时间序列与脉冲子波求褶积，即得出单道雷达记录；(6)每道雷达剖面按顺序排列，得出雷达剖面图；
全文共分为五章，第一章介绍了本文的选题依据、研究意义、研究现状和本文的研究思路。第二章介绍了探地雷达数值模拟的理论基础，并对各种数值模拟方法做简单介绍。第三章主要介绍了基于射线法的探地雷达数值模拟原理及实现过程。第四章，改变管线的管径、埋深、围岩、材质、管内填充物的物性参数和体积等模型参数和天线距、频率、采样间隔等系统参数，应用MATLAB编程，模拟出各种雷达剖面，然后通过观察雷达波场特征，加深对雷达反射剖面特征的认识。第五章为结论部分，总结了笔者在做论文过程中的收获及不足。