表层穿透雷达是利用电磁波对表层下目标定位、检测和识别的设备,在民用和军事领域应用十分广泛。与之相关的信号处理技术中,穿透成像可以有效地降低数据解译难度,意义重大。介质的电磁参数是实现穿透成像的必要条件,但工程环境中,介质参数往往很难精确获知,这给穿透成像带来很大不确定性。自聚焦技术通过评估图像聚焦程度自动调整参数完成聚焦,可有效解决参数未知的问题,实现不依赖参数配置的穿透成像,有利于促进穿透雷达的推广和应用。目前对穿透雷达自聚焦成像技术的研究较少,尚缺乏自聚焦方法的机理与特性等的一些基础理论研究,尤以受介质环境影响较大的探地雷达为甚。本人在学期间,以探地雷达信号处理为主要研究内容,因此,本文开展了探地雷达自聚焦成像的基础理论和方法的研究,以期促进穿透成像技术的发展与应用。论文从自聚焦成像的基本原理、实现自聚焦成像的理论依据、聚焦度函数导出及性能分析三个方面展开了研究工作。穿透雷达的自聚焦成像技术借鉴了光学自动聚焦成像方法,通过评估图像聚焦程度,自动调整参数完成聚焦,从而摆脱未知介质参数的束缚。第二章回顾了光学、SAR/ISAR领域的自聚焦技术,阐述了穿透雷达自聚焦成像的理论模型和实现方法。在自聚焦成像中,聚焦度函数是实现自聚焦的关键,为定量描述其性能,本章提出了衡量聚焦度函数性能的指标及其计算方法。为实现自聚焦成像,图像中必须存在能反映参数偏差程度的特征,因此第三章展开了对探地雷达图像形态特征的研究。本章利用点扩散函数叠加模型,对图像中的扩散旁瓣的成因进行了理论解释,并导出了描述了扩散旁瓣几何形态的数学模型。分析表明,成像结果随参数变化表现出“散焦-聚焦-散焦”规律,从而为自聚焦成像提供了基本依据。聚焦度函数用于评估图像聚焦程度,是实现自聚焦成像的关键,第四章通过理论分析和实验验证,就这一问题进行了研究。首先总结了现有的聚焦度函数及其问题,利用点扩散函数叠加模型,给出了导致一般聚焦度函数性能退化的原因,进一步推导了新的聚焦度函数,最后通过实验验证了文中提出的诸多结论。为使实验数据符合本文的模型假设,引入了基于“信号匹配-脉冲检测-波形替换”原理的时域脉冲压缩技术,并用同态滤波技术解决了匹配信号源未知的问题。