目前可见光、红外等遥感技术已经应用于月球的探测中，但是这些遥感手段都受到了穿透深度的影响，只能反映月球表面的信息，无法对月壤层内的资源进行探索，无法揭示月球次表层结构。月球表面没有水的存在，月壤作为低损耗介质，电磁波可以对月球月壤层及次表层结构进行探测。因此，研究如何将地球中的微波遥感技术应用在月球探测中，是一项非常重要的工作。我国首次在嫦娥一号、嫦娥二号卫星上搭载了微波辐射计和在嫦娥三号卫星上搭载了测月雷达，对月球进行微波遥感探测。论文以电磁波散射与辐射为物理基础，微波遥感为探测手段，基于嫦娥探月微波辐射计和测月雷达数据，探测月球表面月壤特性和成分、浅层月壳分层结构，希望能对今后的探月工程提供理论依据。研究中首先对嫦娥微波辐射计和测月雷达数据进行了处理。在对微波辐射计数据处理过程中，给出了嫦娥微波辐射计数据的几种时角校正方式，研究不同频率及不同纬度下的时角和亮温的相关关系，分别建立了不同频率通道下和不同纬度下的亮温日变化模型，并根据模型对亮温数据进行了时角校正，基于亮温日变化模型得到了特定时间的全月微波亮温分布。文章还利用克里金插值的方式，得到了不同时间不同频率下的全月亮温分布。结合DEM和CCD影像数据评价了微波亮温图，结果表明利用嫦娥二号微波辐射计数据基于时角校正制作全月微波亮温图，很好地反映了月球地形以及月表反射率特征。对测月雷达数据的读取主要是通过测月雷达的相对位置信息确定了3条雷达测线，根据位置信息对雷达数据进行了坏道剔除和拼接，得到了2个通道(60MHz，500MHz)下的雷达反射波波形图。在得到了全月微波亮温图后，研究中结合SVD模型对一个月球昼夜时刻12个不同时刻的37GHz和3GHz的微波亮温图进行分析，得到了3GHz的亮温数据为左场、37GHz的亮温数据为右场SVD的相关图，在中低纬度地区分析月球亮温变化异常和火山分布之间的关系；在高纬度地区，结合DEM数据提取月球永久阴影区，探测了月球水冰可能存在的位置。基于辐射传输模型，结合处理后的全月亮温数据，通过解算相关参数，对3GHz下的全月介电常数实部和虚部进行初步反演。其中，月海地区的介电常数实部高于月陆地区，且月球极地区域介电常数实部偏低；而介电常数虚部则在月海区域和艾肯盆地较高。通过模拟月表介电常数实验对反演结果进行温度校正，得到22°C下全月介电常数。将反演结果和月壤真实样品的介电常数测量值进行比较评价。结果表明介电常数实部相对误差都低于11%；虚部相对误差偏大，但其差值最大仅为0.02。研究了介电常数虚部和FeO+TiO2的函数关系，结合辐射传输模型，对全月FeO+TiO2进行定量反演。在月海海域和艾肯盆地的FeO+TiO2含量较高，约为20％-30％。然而FeO+TiO2含量在高原地区相对较低。将伽玛射线数据反演结果，克莱门汀反演结果，CE-2的微波辐射计数据反演结果与实际月球土壤的实验室数据进行比较，发现CE-2的微波辐射计数据的反演结果在所有结果中与月壤真实样品的测量结果相关系数最高。在利用测月雷达数据对月球主动微波遥感中，为了更好的分析测月雷达的探测结果，对测月雷达进行了数值模拟和地表模拟实验。数字模拟中，利用GPRMax模拟了测月雷达对月球不同地质结构的探测结果，分析了月球不同地质结构下的雷达反射波波形特征，其中包括月球表层结构分层模拟，月壤内水冰分布模拟和月岩层的下界面模拟。在地表模拟实验中，实验选择了和月球地质构造相对接近的内蒙古锡林浩特地区的鸽子山作为月球试验场，进行了野外实验，主要利用探地雷达模拟60MHz和500MHz测月雷达对月表浅层结构的探测，通过探地雷达数据对该地的火山岩地质特征进行了相关分析研究。在地表模拟实验除了野外实验外，也包括了室内月球模拟探测实验，通过实验室内设计的一条短剖面，主要针对500MHz测月雷达的探测深度对测月雷达进行了相关的模拟探测。最后，对测月雷达的数据进行了相关的雷达数据处理，主要包括数据滤波，数据拼接，反褶积和扩散补偿，将处理结果结合GPRMAX、地表模拟探测结果，对测月雷达探测数据进行了相关分析，得到登月点的月壤厚度和月表浅层结构。