在月球遥感领域,由于相关研究对月球卫星雷达数据的雷达波特性以及月表以下的反射面及深度探测还存在不同的认识和相反的结论,如何通过科学手段充分了解月表不同岩性单元的电性特性及其深度上的变化梯度,实现月球次表层雷达波传播过程建模和解决前人不同认识和相反结论显得尤为重要。通过对嫦娥三号第一通道探月雷达数据进行读取、拼接、增益以及滤波等处理可看出,在180ns以及640ns附近都存在一个明显的反射界面。根据时深转换公式得到两个分层界面分别在月表下10m及40m处,并且分析认为10m以内是月壤层。通过建立不同自相关长度a、b以及模糊度因子r条件下的随机等效介质模型,分析影响模型建立的因素。基于随机等效介质理论和FDTD数值模拟计算方法选择合适的参数,建立月球随机等效介质模型,利用锥形函数对模型进行优化,得到高精度的月球三层随机介质正演模型和探月雷达电磁响应剖面图,为后续月球次表层介电常数反演模型验证提供可靠的正演数据。为验证介电常数反演方法,研究有限带宽阻抗(BLIMP)反演理论。以探月雷达随机介质模型正演数据为基础,通过多次反演,实现有限带宽阻抗反演模型参数选取及介电常数反演。从反演结果发现,介电常数反演结果与模型设置的介电常数整体上吻合较好,介电常数分布情况较为一致,说明有限带宽阻抗反演方法可用于嫦娥三号探月雷达数据的介电常数反演。以嫦娥三号第一通道探月雷达数据为基础,利用验证后的有限带宽阻抗(BLIMP)反演方法,反演二维随机介质的介电常数。反演结果显示,不同分层界面明显,层内介电常数分布特性体现出一定的随机性,0~10m以内的介电常数值在2.3310~3.9086之间,与月壤真实样品介电常数对比较为吻合;10~40m以内的介电常数范围为6.5119~8.4897,大部分介电常数值在7左右。40m以下的介电常数范围为7.5010~8.4449,大部分介电常数值在8左右,与月球玄武岩真实样品测量值对比较为一致。基于月壤等效介质模型理论,利用月壤介电常数反演结果,模拟反演月壤平均矿物含量,其中,斜长石含量范围为20.93%~29.04%;橄榄石含量范围为37.28%~45.02%;单斜辉石含量范围为50.44%~60.96%;钛铁矿含量范围为6.79%~8.08%。将月壤矿物含量反演结果与Apollo和Luna登月点采集的月壤真实样品矿物含量、凌宗成等人利用APXS数据反演的月壤矿物成分以及基于M3数据反演的月表矿物成分进行对比分析表明,月壤斜长石、辉石以及钛铁矿的反演效果较好,橄榄石反演结果存在一定的偏差。从内蒙古锡林浩特、黑龙江阿尔山、黑龙江五大连池、河北张家口、黑龙江镜泊湖和吉林省辉南地区,选取18块玄武岩作为模拟月岩样品,开展介电常数以及岩石切面占空比(岩石切面单位面积内气孔的总面积)测量。通过分析模拟样品介电常数与岩石切面占空比的关系,得到模拟月岩样品的介电常数随着切面占空比的增加而减小,说明月表以下深度越大,月岩的物质结构越致密。将有限带宽阻抗反演结果与模拟月岩样品介电常数的测量值进行对比分析,反演结果中10~40m以内的介电常数值大部分在7左右,与内蒙古锡林浩特地区的XL-01、XL-03、XL-12以及河北张家口地区的L5-04测量结果比较接近,40m以下的介电常数值大部分在8左右,与河北张家口地区的L5-01以及L4-09测量结果较为吻合。这不仅说明有限带宽阻抗反演结果具有一定的可靠性,也说明月表以下10~40m以内的月岩产状和岩相与内蒙古锡林浩特地区以及河北张家口地区的玄武岩类似,部分岩石内部存在一定孔隙,还有一部分岩石结构较致密。40m以下的月岩产状和岩相与河北张家口地区的玄武岩类似,岩石物质结构致密,几乎没有孔隙存在。