地下结构是人类生产生活中都离不开的一个重要指标,在油气勘探、考古研究、道路病害检测、建筑物质量检测、溶洞探测等领域都起着重要作用。地下结构既包括不同介质之间的界面,又包括不同介质的内部参数。目前,很多研究证明逆时偏移是获取地下结构空间形态的有效方法,全波形反演被认为是获取地下结构内部参数信息的有效方法。本文在前人研究的基础上改进探地雷达逆时偏移和全波形反演算法,降低了存储量,提高了计算效率和收敛速度,增强了这两种方法的实用性,初步结论如下:（1）通过引入CUDA并行架构,调用多核并行计算电场、磁场分量节点,充分释放计算机的计算能力,编程实现了基于GPU并行架构的快速探地雷达正演算法。在与传统CPU算法进行了计算效率对比后,发现随着网格数量的增加,加速比也逐渐变大,最终能达到10以上。构建经典异常体模型和复杂模型测试算法,得出:对于网格大小为200×200的异常体模型,加速比为4.20;对于网格大小600×400的复杂介质模型,加速比达到了11.04。（2）针对逆时偏移占用内存较大和计算效率低的问题,分别采用波场重构和基于CUDA平台的GPU并行加速策略编写算法。通过存储边界网格点上不同时刻的波场,避免存储所有网格点的波场,在反传的同时进行波场重构。通过对均匀模型和复杂模型的正传波场和重构波场做差,得到绝对误差都在10e-5量级,证明波场重构技术是可靠的;经典异常体模型和溶洞模型的成像结果表明:逆时偏移通过反射波的归位以及绕射波的收敛,使界面和异常体能够高精度地呈现出来。（3）采用L-BFGS法计算下降方向,在BFGS的基础上进一步对Hessian矩阵近似代替,不再存储完整的近似Hessian矩阵,降低存储量的同时,提高了双参数反演的速度。编写算法时,引入CUDA并行架构,提高计算效率。构建三个模型对全波形算法进行测试,结果证明:整体收敛速度较快,收敛精度较高;四周观测系统的反演精度高于地面观测系统,地面观测系统下对于电导率的反演效果较差;结合逆时偏移实现了对于溶洞模型结构形态和内部参数的高精度成像,证明本文方法可以获取精确的地下结构。