本发明公开了一种机载微波主被动土壤湿度探测仪，地面辐射信号经被动天线接收后，经L波段带通滤波器对主动发射进行抑制、被动接收机实现低噪声射频放大并进行检波积分后低频放大，输出的电压值由预处理器电源组合采集后发送至载荷计算机，最终由地测设备进行存储、处理；由频综收发机产生的线性调频信号经双通道TR组件放大后馈至主动天线，发射信号经地面反射后由主动天线接收，经双通道TR组件、频综收发机接收放大后由载荷计算机进行采集并发送给地面测试设备进行数据存储。本发明可实现土壤湿度主动雷达和被动辐射计的同步探测，在观测周期内，进行主被动实时定标，将主被动数据进行融合，满足了土壤湿度高精度、高分辨率的观测要求。