作为一种新型的地球物理探测技术,钻孔雷达已经广泛应用于人类生产和生活的诸多领域,并受到全世界的广泛关注。与常规探地雷达系统相比,钻孔雷达系统的工作方式及工作环境有着很大差别。钻孔雷达在实际探测中存在冲激脉冲信号采样规模过大,双基雷达探测不满足爆炸反射模型成像假设,非均匀采样数据成像效率低及非均匀层状探测空间成像精度差等问题。因此,钻孔雷达的信号处理特别是雷达成像处理存在特殊的困难。本文主要对钻孔雷达的成像问题展开研究。本文的主要工作与贡献如下:1、针对冲激脉冲钻孔雷达系统中存在的距离分辨率与采样率的矛盾以及数据传输速率与测井电缆的矛盾,提出了一种基于压缩感知的稀疏目标空间采样及成像方法。降低了冲激脉冲钻孔雷达设计中对系统采样率的要求,减轻了冲激脉冲钻孔雷达工作中数据传输的负担。2、针对收发天线间距在双基钻孔雷达成像时不可忽略的问题,提出了一种不受限于爆炸反射模型假设的双基钻孔雷达高效成像方法。该方法以双基钻孔雷达框架下的雷达回波空间与目标空间之间的关系和角频率与波数关系为基础,实现了双基钻孔雷达的高分辨率成像。3、针对扶正器引入的钻孔雷达在沿井孔方向上空间采样不均匀问题,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换的钻孔雷达成像方法。该方法利用对非均匀指数因子的有效估计,快速获取非均匀采样数据的频率波数谱信息,在保证目标空间成像质量的前提下,降低了算法的计算复杂度,实现了大规模非均匀采样数据的快速成像。4、针对钻孔雷达在非均匀层状介质中的变波速成像问题,提出了基于时间窗的逆时偏移算法。通过加强成像点主反射窗内入射波场与散射波场的相关性,该算法能够更好地抑制目标主反射时间窗外的干扰信号,提高了钻孔雷达在非均匀探测环境中的成像质量。以上提出的成像算法已通过钻孔雷达仿真实验数据测试了算法的性能,并利用钻孔雷达外场实测数据验证了算法的实用性。