我国铁路隧道和高速铁路隧道已经位于世界首位,铁路隧道的病害普查和定期健康状态检查,急需一种无接触式的快速无损检测手段。探地雷达无损检测技术广泛于隧道质量与病害检测,但是由于目前普遍使用地面耦合天线,不具备快速检测条件。为了能在列车正常运行条件下检测隧道,我国研究了具有快速检测特点的车载探地雷达隧道检测系统。该系统采用空气耦合天线,天线安装在车辆限界以内。由于天线离隧道壁距离增大,导致深层反射回波信号减弱。本文针对这一问题,开展深层反射回波信号增强技术的研究,为我国高速铁路隧道车载探地雷达检测技术提供技术支持,具有重要的意义。目前深层反射回波信号增强主要在雷达数据后处理软件中实现,这种方法没有增强有用信号,虽然可以抑制部分系统噪声,但对信噪比的提高十分有限。为了克服现有方法的缺点,本文的研究是在接收天线之后、取样头之前采用硬件对回波信号进行时变增益放大,它只放大回波有用信号,而对系统噪声不做任何放大,从而提高了信噪比,同时补偿了因天线离隧道壁距离增大而造成的扩散损失。本文在电磁波传播理论基础上,分析了电磁波的衰减机理,并得出球面指数补偿(SEC)增益为依据的增益补偿方法。由于目前使用的车载探地雷达隧道检测系统采用等效采样原理,因此本文着重分析了接收系统的回波信号等效采样方法和电路,包括该方法的理论分析,采样保持、数模转换。在等效采样理论和现有硬件条件下,首次提出了“等效时变增益放大”概念,根据“等效时变增益放大”概念,设计和制作了时变增益放大电路,经过多次改进,达到了对回波信号时变增益放大目标。试验结果表明,本文设计的时变增益(TVG)放大电路,最大增益可以到达13分贝,可以补偿2.5米的几何衰减。采用本文的研究成果,天线与隧道壁最大距离可增加到4.75米,能够满足我国高铁双线隧道单边检测的要求,具有实用意义。