探地雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点，其探测精度和距离分辨率主要取决于雷达天线的带宽，随着超宽带（UWB）技术的发展，浅地层探地雷达都采用了超宽带技术。近年来浅地层探地雷达一直是国内外的研究热点之一，性能优良的探地雷达成像方法有助于精确定位地下目标，提高对目标的检测和识别能力，这推动了探地雷达成像在地雷探测，道路和桥梁的厚度及病损检测，房屋、桥梁中的钢筋检测等方面得到广泛的应用。本文在充分理解现有探地雷达成像技术的基础上，研究浅地层探地雷达的合成孔径成像方法及其应用。阐述了各种基于偏移技术的合成孔径成像方法的原理及其实现过程，并通过仿真实验和实测数据验证各种探地雷达合成孔径成像方法的性能，再分析比较总结出基于频率波数偏移的合成孔径成像算法更适合应用到浅地层探地雷达。文章深入研究了实际探测环境中探地雷达测线方向介质波速变化情况下的合成孔径成像，介绍了一种基于熵最小化的频率波数偏移成像方法，并针对该方法做出了改进，提出分段速度模型，对探测图像按介质不同分部分进行合成孔径成像处理，这样就允许在地下介质测线方向有变化的情况下进行合成孔径成像，并用仿真实验验证了该优化的偏移成像方法的有效性。文章最后使用意大利RIS-K2超宽带探地雷达对合成孔径成像在混凝土地板中的钢筋检测进行应用，结果显示经过合成孔径处理后的雷达探测图像分辨率得到了显著的提高，更有利于对混凝土中的钢筋进行精确定位。