探地雷达是无损、高效、先进的探测工具，无论是在道路质量检测、考古发掘、地质探测还是国防安全等领域，都有广阔的应用潜力。如何在对地下介质状况完全未知的情况下进行探测一直是一个难点，而对探地雷达数据进行时延估计和地下介质的参数估计是解决这一难点的重中之重。本文从上述两点出发，针对均匀分层介质，利用其探地雷达回波信号来估计电磁波在各介质层中的双程时延信息和每层介质的厚度信息。　　基于互相关算法的特点提出了二次互相关算法，并将其用于探地雷达回波信号的时延估计。针对传统互相关算法在探地雷达时延估计应用中的缺点，引入了二次互相关算法，利用参考信号和时延信号多次进行相关处理，使得算法能够在更低的信噪比下依然拥有较好的时延估计效果。最后，结合计算机仿真数据和实测数据，将二次互相关算法应用于均匀分层介质探地雷达回波的时延估计当中，验证了算法能够有效估计时延。　　在已知时延的情况下，研究了基于模拟退火算法的均匀分层介质厚度估计的方法。传统模拟退火算法由于其随机搜索的特点，收敛速度很慢。因此，在其基础上，对扰动模型加以改进，加快收敛速度。结合已知的时延信息，减少模拟退火算法估计各层介质厚度时的未知参数，以提高算法效率。为提高均匀分层结构中薄层的检测能力，利用多次拟合来得到被覆盖的薄层回波及其时延，再设置对应的介质厚度和相对介电常数，结合改进的模拟退火算法实现对薄层的检测。仿真和实测数据验证了算法对均匀分层介质的厚度估计的有效性。