随着全球气候变暖趋势加剧,南极冰盖的质量减少将成为全球海平面上升的重要影响因素,为深入了解南极冰盖对全球变暖的响应机制及其对海平面上升的影响,对南极冰盖质量进行长期监测十分必要。极地冰盖的表面物质平衡（Surface Mass Balance,SMB）模型对于了解冰盖过去和当前的状态,并预测其在未来气候条件下的发展趋势至关重要,提升SMB模型精度需大量参数数据,其中,密度、复介电常数、晶体结构等关键参数数据依赖于冰芯的采集与分析,但受后勤补给的限制,无法建立大规模数据集,与此同时,基于雷达估算SMB的计算过程繁琐,且自动化处理技术尚未成熟,从而限制了数据分析效率。因此,基于雷达信号的传播特性反演冰盖关键参数对提高模型精度具有广泛的应用价值。通过对国内外学者已经获取的探冰雷达数据进行更充分的挖掘与利用,获取大量的SMB模型参数数据,可为预测南极冰盖质量发展趋势提供数据支撑。本文通过对SMB估算方法、雷达反演技术研究进展和发展趋势进行深入调研,围绕冰盖SMB估算的关键参数需求,利用调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）雷达对冰盖复介电常数反演方法进行研究,建立冰盖介电常数反演和密度校准算法,提出晶体结构、电导率的全波形反演方案,研究水平连续等时层的重建方法,最终实现SMB的自动估算。本文主要工作概括如下:（1）分析冰盖表层100 m内雪/冰的复介电常数、密度及雷达传播特性。基于经验公式实现介电常数与密度的等效互换,结合FMCW雷达差频信号在冰盖中的传播特性,明确冰盖表层可被视为一维的水平层状结构;回波信号峰值幅度反映了雷达深度分辨率内冰盖介电常数的局部标准差,利用自相关函数随机介质模型构造冰盖内部晶体结构,结合高分辨率冰芯数据,明确了局部深度范围内的介电常数标准差可以被密实化率等效替代,为后续的反演算法奠定了理论基础;基于冰盖随机介质模型研究了模型参数对回波信号的影响,为传统全波形反演的改进提供了计算模型。（2）针对基于共中心点的介电常数/密度反演算法进行连续观测时效率低的问题,提出一种基于单条雷达回波信号进行连续介电常数反演的算法。该算法提取回波信号幅度进行拟合后转换为反射系数,结合剥层法和FMCW雷达原理由上至下逐层递推更新介电常数,转换为深度-密度数据后,与密实化模型相结合对密度误差进行校准,修正了剥层法中的方法误差。实验结果表明,冰芯实测密度与反演结果的均方根误差在5.54%以内。对冰芯DT401西南侧88 km的密度剖面进行连续反演,并与SMB数据进行对比,根据SMB与密实化率成正比这一特性证明反演结果的有效性,为后续全波形反演和SMB自动估算奠定数据基础。（3）针对冰盖呈现出平均介电常数渐变且微观结构随机分布的介质特性,提出一种用于反演冰盖晶体结构粗糙度、电导率的全波形反演方案。改进传统全波形反演策略,将介电常数反演结果作为先验信息构建高精度的初始模型,并基于统计数据对相对介电常数和电导率进行边界约束以提高反演效果;使用随机介质模型表征晶体结构,基于粗糙因子将冰晶分布特征参数化,并对粗糙因子参数和介电常数-电导率耦合关系进行反演,减少待求解的未知参数以提高反演速度。通过数据实验证明反演结果的有效性,并估计了LGB69附近39 km的电导率和粗糙因子,并用于重建冰下晶体结构。（4）建立一种基于介电常数反演、密度校准、等时层重建的SMB自动估计算法。在常规图像处理的基础上,引入深度学习去噪算法、图像增强算法、轮廓检测算法提取等时层轮廓和层位斜率矩阵。建立层位轮廓模型,使用层位形状和雷达图像的能量作为目标函数,使用提取的等时层轮廓进行约束,采用动态规划算法基于斜率矩阵重建冰盖内部连续的等时层分布;基于密度反演和重建的等时层进行SMB自动估计,与传统方法进行对比,平均误差为6.49 kg/m~2/a。对冰芯DT263和Dome A所在区域进行SMB自动估算及SMB时空变化特征分析,证明了算法的有效性。