在GNSS（Global Navigation Satellite System）反射测量（GNSS-R）技术中,传统上被认为是误差信号的多径信号可以用作反演观测信号。当环境特征导致的反射信号到达接收天线时,发生多径传播。这些多径信号包含反射面的物理参数信息,可以用来进行海洋和陆面探测,其中高度测量和土壤湿度反演是GNSS-R技术的重要应用。从地面反射的多径信号可以直接用于土壤湿度反演,此外当多径信号与直达信号结合时产生的干涉信号也可以用于高度测量和土壤湿度反演。传统的几何散射模型不适用于分析GNSS信号与复杂地形的相互作用,本文从电波传播的角度建立GNSS多径传播模型,可以对复杂地表的传播情况进行准确预测,并将GNSS多径信号应用于天线高度测量和土壤湿度估计。本文利用抛物线方程（Parabolic Equation,PE）分析GNSS信号在陆地表面的多径传播行为,将地形特征结合到传统PE模型中,全面描述多径传播行为并提供可视化结果。通过现场实验,分析局部地形对高度测量的影响以及新的数据类型和新的数据源数据用于土壤湿度反演的可行性。主要工作与研究结果如下:首先从电波传播的角度建立了GNSS信号在陆地表面传播的模型,将地形特征即反射系数和地面粗糙度结合到传统PE方法中,建立可以描述GNSS信号多径传播的PE模型。并通过与实测信号的对比,验证了仿真结果的正确性。接着基于干涉模型测高的方法,研究了不规则地形对高度测量的影响。利用边界平移法处理不规则地形边界,建立任意地形上的GNSS传播模型,仿真不同地形对干涉信号的影响。开展不同场景的现场测高实验,证实天线附近的土块会给高度测量带来误差,天顶天线相对于水平天线可以更好地抑制附近地形的影响。然后利用一种新的数据即信噪比量化信号进行土壤湿度反演。通过实验收集了80天信噪比量化信号用于分析处理,结果显示信噪比量化信号拟合相位与原位土壤湿度的相关系数高达0.72,利用拟合相位反演土壤湿度的均方根误差小于9.9%,初步验证了使用信噪比量化数据代替信噪比数据估算土壤湿度的可行性。最后利用GEO反射系数观测固定区域连续长时间的土壤湿度,重点对GEO卫星微小移动、天线增益模式和湿度计零漂对反射系数的影响进行处理。开展现场实验,利用GEO卫星的反射系数获得了固定区域连续14天的土壤湿度反演值,验证了GEO卫星反射系数用于观测固定区域连续长时的土壤湿度的可行性。