月球是距离地球最近的天然卫星。月岩中Cr、Sc、Ti较富集,并且月海玄武岩中蕴含着丰富的钛铁矿。月壤的组成和结构,为人类认知月球地质演化提供的重要线索。在探月计划中,月球近表探测对月球潜在资源的评价和工程勘察都至关重要。在我国深空探测工程研究中,月球探测是重要的研究内容之一。特别是嫦娥三号登月计划的成功,推动人们对月球的近表介质结构和属性有了进一步的了解和认识。月表结构由浅入深主要包括月壤层和月岩层。因为月表环境干燥,相对介电常数偏低,电磁波衰减慢,所以高频雷达波可以作为月球浅层结构的探测有效手段。嫦娥三号搭载的探月雷达系统首次获得了月壤和月岩层的雷达探测结果。探月雷达是利用高频电磁波反射信号来识别地下结构,在实际探测过程中,常常会被周围的随机噪声和多次反射波干扰。在地下介质目标体的识别中,噪声可能严重地影响到有效信息。因此,月壤结构的属性参数建模与电磁响应模拟和探月雷达信号的处理方法研究,对探月雷达数据解释至关重要。本文介绍了玉兔巡视器着陆点的地形特征,分析其对探月雷达探测可能造成的影响。分别对月岩和月壤层进行简单的化学成分介绍,并结合Apollo探测计划的采样资料,阐述月岩和月壤层的物理特性。介绍了嫦娥3号探月雷达的工作原理,技术参数,为探月雷达正演中月球近地表模型的建立提供理论依据。基于随机等效介质原理,建立了简单层状模型,起伏地表模型,随机介质模型,巡视器影响模型和综合地质模型,并进行不同背景因素影响下探月雷达的数值模拟。对比分析地形起伏、地层不均匀性、玉兔巡视器各影响因素对雷达数据的影响。针对探月雷达数据非平稳多频信号特征,采用Bidimensional Empirical Mode Decomposition(BEMD)方法开展探月雷达数据的去噪和目标信号增强。BEMD利用求取平均包络面,来提取各阶本征模态分量。文章介绍了Empirical mode decomposition(EMD)算法的原理和迭代筛分过程,并介绍了Hilbert-Huang变换的原理。通过对分解后的分量进行Hilbert变换求取瞬时参数,证明EMD对信号的频率分辨能力。BEMD的难点是极值包络曲面的拟合的问题。包络面的拟合结果直接关系到每次分解的结果。二维图像处理中数据量的大大增加,会造成计算成本的提高,因此,提高计算效率也是需要解决的问题。文章介绍BEMD算法的原理和筛分准则。在二维图形处理中BEMD算法包络面的拟合方法有多种,本文采用了基于三角基函数的线性插值方法。通过对二维仿真数据的分解,证明了BEMD算法在二维图像处理中的优越性。本文将BEMD算法应用于探月雷达数据的处理中。对嫦娥三号500MHz天线的探月雷达数据进行处理。首先,对探月雷达原始数据进行预处理,对数据进行多余道的剔除、数据块的拼接、延迟时间的去除和调整,并进行了去除平均值的处理。随后,基于BEMD分解理论对预处理后的数据进行了分解,共分出四个分量,通过分析去除噪声分量。对剩余分量进行重构,为浅地表月球雷达探测数据处理,提供了新的处理方法。最后,结合月球地质情况和前人研究成果对500MHz探月雷达剖面,进行了层位划分,共划分出四个层位,分别为重构层、喷出物堆积层、古风化层和玄武岩。推测探测区域基岩为25亿年前爱拉托逊纪玄武岩,玄武岩之上覆盖有风化层。27~80百万年前,嫦娥三号火山形成,喷出物堆积在古老的风化层之上形成堆积层。之后,该区域在附近小型火山喷出物的堆积和小型陨石的撞击的作用下,月表发生重构。本文从探月雷达探测方法、随机介质建模、天线及地形起伏建模和信号处理解释技术四方面介绍了探月雷达探测技术的应用,为探月雷达探测技术的发展提供了有效的理论依据。