时域反演法自2004年被引入电磁学后,引起了研究学者们的广泛关注,并在无线通信、目标探测、海底定位等领域得到了应用。相比于时域反演法应用研究的蓬勃发展,时域反演法的理论研究进展却很缓慢,这大大限制了时域反演技术的进一步应用。本文首先对时域反演法进行了理论推导和实验分析,接着针对时域反演法复杂场景下误差大、无法适用于有限带宽响应特性的天线和无法适用于非零时刻脉冲源这三个问题,分别给出了解决方案,并辅以三维数值实验进行验证。具体研究内容如下:首先,针对时域反演法中出现的时空同步聚焦效应,本文应用了数字信号处理方法,从时域和频域两个角度,给出了理论证明方法。同时,还将时域反演法二维情况的点源的实现发展到了三维情况的点源、线源、面源的实现,使得时域反演的时空同步聚焦效应在更高维度上得到了实验验证。另外,本文还给出了时域反演法在天线阵列诊断方面的应用实例。其次,基于推导得到的时域反演过程中的能量恒等式,本文给出了一个提高精度的算法,大大降低了相邻的多个源在重构时的误差。此改进算法误差低,但是复杂度较高,因此本文又给出了一种带校准步骤的精度提高算法,可以在出现相邻的多个源时提供既快速又比直接的时域反演法更精确的计算结果。然后,针对反演镜天线的有限带宽响应特性无法适用于以往的时域反演法这个问题,本文给出了一种解决方法,将接收到的具有有限带宽特性的信号扩展到无限带宽后,就成为了实时域信号,再经由反演镜天线发射出去,就可以实现源重构,从而克服了实际问题中反演镜天线的有限带宽响应特性的问题。最后,本文给出了一种将接收到的信号与源信号做反卷积的方法,用来解决非脉冲形式源的重构问题。另外,本文还通过定义腔体内场值的熵并寻找逆向过程的最小熵,对非零时刻出现的脉冲信号先时间上定位再空间上定位,从而实现非零时刻出现的脉冲信号的源重构。