本文围绕随机粗糙面覆盖下非均匀媒质电磁散射及其逆问题进行研究，该研究的主要目的是利用VHF/UHF波段的遥感数据对土壤表面下0～1m深处的介电常数分布进行估计，从而获得土壤含水量在深度方向的分布。本文首先研究了随机粗糙面覆盖下非均匀媒质的电磁散射的正问题，在此基础上，用遗传算法开展了逆问题的研究，提出了基于同极化比的反演方法，为了验证逆问题模型有效性在野外进行了土壤介电常数反演的实验研究。此外，本文还提出了一种用于探地雷达的一维非均匀媒质介电磁逆散射方法。本文的主要工作和创新性成果如下：　　 1.首次从Huygens原理出发推导了随机粗糙面覆盖下非均匀媒质内部和外部场的谱域积分展开式；　　 2.在电场和磁场的谱域展开表达式的基础上，利用电磁场边界条件，推导了随机粗糙表面覆盖下非均匀媒质散射场的零阶、一阶解和二阶微扰解的表达式，提出了随机粗糙面覆盖下非均匀媒质的全极化散射模型；　　 3.改进了Holland标准遗传算法的编码方式和遗传操作，首次将遗传算法用于随机粗糙表面覆盖下非均匀媒质散射逆问题的求解，并对反演过程进行了噪声测试；　　 4.提出了基于后向散射系数同极化比的粗糙表面覆盖下非均匀媒质散射逆问题的计算方法，相比采用后向散射系数的反演方法，该方法不仅减少了反演变量、加快了反演算法的收敛速度，还可以在不进行外定标的情况下获得准确的目标观测量，从而简化了实验测试步骤；　　 5.利用VHF/UHF双频地基雷达收发系统在野外开展了土壤介电常数分布反演的实验研究，对基于同极化比的反演方法进行了验证：　　 6.提出了一种基于广义脉冲谱技术的一维介电常数分布的反演迭代算法，该方法可用于探地雷达对土壤表层下含水量分布的探测。