探地雷达(Ground penetrating radar,简称GPR)作为一种有效的浅层地下目标无损探测方法,被广泛应用于工程质量检测、地质水纹监测、行星勘探等领域。偏移成像使倾斜介质反射面归位到真正地下界面位置并使绕射波收敛,从而可以精确获得地下介质结构分布,一直以来都是探地雷达信号处理及成像领域的研究热点。然而,在运用偏移成像算法时,点源作为一种理想天线模型被用来实施波场外推和对目标散射的描述,这就使得实际收发天线的电磁波矢量传播特性被忽略。本文着重研究通过天线辐射方向图修正探地雷达偏移成像来改善成像性能的方法。本文首先研究了探地雷达天线辐射方向图的特殊性质。通过数值仿真分析发现随着频率的升高天线的方向图主瓣变窄,方向性变强。除了由天线设计本身决定外,其方向图还深受地下土壤的电参数特性以及湿度等影响,本文推导了无线长线源远场半空间的方向图,结果表明该方向图形状和临界角随下层介质相对介电常数变化而改变。为进一步研究探地雷达天线的辐射特性和土壤的影响,本章设计了探地雷达天线方向图实测实验。结合逆时偏移成像算法的特点,考虑到频域逆时偏移成像可以减少阵列叠加带来的时间复杂度和方向图形状随频率变化的性质,本文提出了一种频域逆时偏移方向图修正方法。通过CST软件数值仿真天线正演和多频点方向图数据,验证了该方法的可行性,结果表明,方向图修正后的逆时偏移图像中目标散射信号增强,达到了更好的偏移聚焦效果。本文通过引入无线长线源的半空间远场方向图修正了绕射叠加偏移,通过数值模拟和室内实验验证了该方法的可行性,结果表明方向图修正和的偏移图像的目标体边沿的绕射波延长得到较好的抑制,偏移效果更好,图像的抗噪性能提高。补充对比克希霍夫偏移图像和三维绕射叠加偏移方向图修正,进一步验证了以上结论。