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探地雷达通过发射和接收高频电磁波达到探测和了解地下介质的目的。随着仪器系统变得愈发稳定和可靠,以及探地雷达应用领域的不断扩展,对数据的绝对振幅做定量分析从而获取地下物理参数分布成为新的研究趋势,因为它能够提供比传统振幅剖面更多有价值的信息。针对最为常用的地面探地雷达,目前的研究思路主要有速度分析和迭代反演介电常数两种。速度分析结果的分辨率通常有限,并且存在不确定性。传统迭代反演方法近年来的研究热点是全波形反演,但是它具有很强的非线性,结果不够稳定,距离实用化还比较远。另外,它们大部分采用多偏移距模式的数据。相比之下,共偏移距模式的探地雷达用途更为广泛,其数据反演具有更大的应用前景。共偏移距探地雷达数据适用于褶积模型,基于此的电磁波阻抗反演是广义线性的,计算成本较低,而且理论上以反射振幅为基础,其结果具有较高的分辨率。此外,电磁波阻抗还能够转化为其它重要参数从而提供更多的地质信息。因此,针对探地雷达数据波阻抗反演方法及其应用展开研究具有很大的意义。本文首先阐述了这项研究中最重要的物理参数即波阻抗的概念,分别对地震学以及电磁学中的波阻抗推导过程进行了详细的梳理和总结,并且对二者之间的联系做了讨论。接着概述了探地雷达探测的基本原理,阐明了探地雷达所涉及的物理参数,并围绕波阻抗反演的目的,对测量方式、噪声起源以及相关的数据处理步骤进行了简要的介绍。对于探地雷达数据波阻抗反演所涉及不同方法的技术原理,集中进行了阐述和归纳。在此基础上,对波阻抗反演涵盖的三种重要方法,即基于反射系数模型的稀疏脉冲反褶积、以反褶积为基础的有限带宽阻抗反演、基于波阻抗模型的宽带约束反演,分别展开了相应的研究。针对稀疏脉冲反褶积技术,阐述了几种处理探地雷达数据子波的方案,并且基于确定性子波开展了详细的研究,利用两个理论模型验证了子波确定性稀疏脉冲反褶积的薄层分辨能力和抗噪能力,并将其应用于吴越国捍海塘勘探的实际数据中,取得了较好的效果;针对有限带宽阻抗反演技术,以苏州木渎古城的古城墙和护城河考古探测为例,基于该方法提出一种新的工作流程并对各步骤进行了详细的阐述,反演结果证明了该方法的有效性和可行性;针对宽带约束反演技术,以随机介质模型为例,论证了该方法相对于有限带宽阻抗反演的优势,即利用先验信息建立的初始模型具有一定的可靠性、反演过程中没有误差积累,提高了波阻抗反演对于界面起伏、介质内部物理参数分布变化较大模型的探测能力。研究结果表明,波阻抗反演的数据采集和计算成本都比较低廉,其结果具有较高的分辨率,能够提升探地雷达的应用水平。其中,有限带宽阻抗反演快速简单,可以在井数量较少的情况下进行反演,它所采用的反褶积方法至关重要,基于反演策略的稀疏脉冲反褶积相比常规反褶积具有多方面的优势。宽带约束反演更为准确和可靠,不过它需要更多的资料提供先验信息。以波阻抗反演为基础,针对不同的应用领域可以产生新的探地雷达工作流程,有助于探测水平的提高。本文的研究成果,为探地雷达数据反演地下参数提供了重要的技术手段,具有重要的科学意义和实际价值。