为给农田灌溉技术和沙漠化治理等提供更好的方案依据,探明土壤含水率的分布情况就显得尤为重要。相对其他探测方法,探地雷达(GPR)探测土壤含水率更能突出高分辨率、无损、高效等优点,应用探地雷达检测土壤含水率成为近年来新的研究方向。基于时域有限差分正演模拟了不同含水土壤模型,分析了其对应的雷达信号在时频域中的响应特征。针对雷达不同探测方式对含水土壤的探测效果进行了对比,结果表明,雷达同步法探测效果相对较好;同时,利用雷达波场分析了土壤含水颗粒尺寸大小对含水构造探测效果的影响,分析表明,在一定的尺寸范围内,含水颗粒尺度越大对雷达信号影响就较大。对探地雷达信号频域分析可以发现,在频谱图中,不同含水体在频谱图上具有明显区别;在功率谱分析中,结合经典和现代功率谱分析,可以对含水目标ROI进行提取,最终确定含水体的分布范围和含水率的相对大小;在谱能分析中,将谱能系数和小波分析相结合得到三维谱能分析图,得到的三维含水体土壤谱能图能更直观的解释含水体的附存状态。与此同时,考虑到电磁波在含水土壤传播过程中高频成分衰减较快,致使探地雷达的分辨率会随深度的增加而降低的问题,本文采用了基于S变换的频谱均衡技术给予矫正,且矫正效果良好。为了更好的验证解释方法的有效性,本文对数值模拟中设计的孤立异常体地质模型和异常组合地质模型进行了物理模型实测,解释结果表明利用所提的时频域解释方法能有效的提高实测数据解释效果。通过以上研究,初步得到土壤含水率与探地雷达信号响应关系,但理论和实际应用仍需要进一步开展。