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探地雷达分辨率限制着探地雷达对目标的识别能力。本文通过对探地雷达回波波形分析，提出利用回波频谱信息提高探地雷达垂直分辨率。首先通过构建电磁波在分层媒质中的传输模型，得到探地雷达对四层介质的频谱传输函数；接着通过计算不同目标厚度模型对应的回波频谱，来拟合真实同波频谱，从而根据拟合误差曲线提取目标厚度。此方法避免了传统反褶积法求取反射系数不唯一、误差大的缺陷。通过对仿真数据和实验数据的处理，证实了本文所提方法起到了提高垂直分辨率的效果。