探地雷达(简称GPR)是一种高效的地下介质无损检测方法,它通过发射高频电磁脉冲波,利用地下介质电性参数的差异,根据回波的振幅、波形和频率等运动学和动力学特征来分析和推断介质结构和物性特征,具有探测速度快、非破坏性、分辨率高、可进行数据实时成像处理等优点,在水文、工程、环境等领域已取得广泛的应用。而探地雷达的数值模拟是整个雷达成像方法的关键。对雷达图像作数值模拟,有助于加深对雷达反射剖面特征的认识,为实测雷达剖面的解释提供依据,这也是探地雷达技术中的一个难点。本文针对探地雷达的数值模拟问题进行了详细研究,在射线理论的基础上研究了用于探地雷达信号合成的射线追踪数值计算方法,编制了相应的计算程序,进行了计算机仿真模拟,主要成果有:在经典最短路径射线追踪算法基础上,提出了基于波前扩展的网络射线追踪方法。将节点慢度分布在计算单元格角点上,采用双线性插值公式获得任一点的慢度值,使模型更接近真实情况;推导了基于Fermat原理的旅行时插值公式,提高了算法的计算精度;针对算法的计算效率问题,提出了基于最小二叉堆数据结构的优化方案,降低了算法的时间复杂度,提高了算法的计算效率;算法避免了直接采用Snell定律求解介质反射面上反射点时的复杂计算过程,仿真实例表明基于波前扩展的网络射线追踪方法兼顾了精度和效率,适应性强,一次计算可以同时求出任意几何形状的同一反射面上所有的反射点,这是别的射线追踪方法难以做到的。提出了基于波前扩展射线追踪的探地雷达数值模拟方法,解决了不规则反射面上的反射点及反射路径确定问题:采用最小二乘法,对求取的最小旅行时时间序列进行曲线拟合,将拟合曲线的极值点作为真实反射点,提高了反射点求解精度;采用平滑滤波方法处理由于计算误差产生的信号噪声,即时间曲线上的毛刺,剔除了畸变点,解决了反射点误判问题。数值模拟计算研究了介质电性参数及观测系统对探地雷达合成记录的影响规律,给出了合成信号振幅的具体计算方法,模拟了复杂有耗介质中的GPR信号合成记录,考察了电磁波传播规律以及电磁衰减对最终合成记录的影响。