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作为我们人类最近的“邻居”和天空中除了太阳之外最明亮的天体，月球从史前时代就受到了人类的广泛关注。直到17世纪望远镜发明以后，人类才能够用望远镜观测月球。这时人们已经知道所有的天体均存在自转，但是人们发现月球朝向地球的似乎永远是相同的一面。于是，大批的数学家和天文学家对月球的转动进行了深入的研究，其中不乏鼎鼎大名的Newton，DAlembert，Euler和Lagrange等人，人们发现了月球的“同步自转”,建立了月球自转的Euler方程。但是由于天体运行的非线性和耦合性，必须采用大量的简化才能进行理论分析研究。进入20世纪后，随着计算机的出现，对包括月球自转在内的天体运动进行数值研究已经成为主流。通过设计合适的物理和数学模型，我们可以对月球的自转进行高精度的计算机模拟。 为了检验理论模型是否正确，这就需要我们进行实际的测量，月球激光测距(LLR)正是在这样的背景下应运而生的。其不但可以实现对地月距离的精确测量，还可以检验相对论理论中的引力弯曲等重要的物理现象。尽管激光测月实验开展迄今已经近50年，Apollo时代放置在月球表面的五块激光发射器依然正常工作，并随着地面光学设备和观测技术的发展，目前激光测月的精度（拟合后残差）已经由1970年的25厘米提高到了2厘米。并为月球乃至地月系统的研究提供了大量的有力数据。 正是基于以上背景，同时依托于我国正在自主推进的嫦娥月球探测计划，本文基于基本的天体力学过程和天体测量原理，一方面，建立了月球自转的数值模型并对其进行数值求解;另一方面，建立了激光月球测距的观测模型，并将目前全球激光台站的所有观测值与本文建立的模型理论值进行了对比。旨在为我国的月球探测和研究活动提供更加完备的理论基础和参考。 在月球自转数值建模和求解部分，本文首先基于基本的力学原理，建立了月球自转的Euler方程。由于月球并不是完美的刚体，我们将月球的转动惯量分为了三部分，即刚体部分，自转形变部分和潮汐形变部分。同时由于月球自转与其公转轨道以及太阳系内其他大天体的运动轨迹有很强的耦合性，作为研究的第一步，我们使用DE430历表来获取所有的轨道信息。进一步，基于目前的普遍认识，即月球存在一个液态的月核。我们分别建立了考虑月球存在液态核和不考虑存在液态核的两种数值模型。在数值积分方面，我们采用变步长的Runge-Kutta-Fehlberg方法来获得起始阶段的值，使用12阶Adams-Moulton预估-校正方法来获得所有的数值解。积分步长设为2小时即获得了比较稳定可靠的数值解。与DE430相比，Euler角最大误差不超过1."5，在位置变换中的影响最大不超过10m;考虑液态核和不考虑液态核的情况下二者最大存在0."08的差异。通过与DE405，DE421和DE430的对比，发现目前我们的数值模型的数值结果精度优于DE405。并且认为在月球自转数值模型中，建议考虑存在液态核的月球模型。此外，我们还考察了我国嫦娥探月工程获得的CEGM02月球重力场模型在月球自转中模型的应用，与美国的GRAIL重力模型相比，二者在月球自转Euler角上的影响最大不超过0."15，一定程度上验证我国发布的月球重力模型的一致性。最后，为了使结果能够在实际中应用，我们探讨了通过Chebyshev插值实现获得任意时刻Euler角的方法。 在月球激光测距观测模型部分，我们首先概述了激光测月实验开展近五十年来的发展现状，分别介绍了反射器，地面台站和标准点数据格式等方面。我们基于DE430的天体轨道和月球天平动信息，遵照IERS Conventions(2010)规范，对观测模型中的各个误差因素进行了探讨，提出了误差修正方法，建立了激光测月的理论模型。并用全球台站发布的所有激光测月观测数据与我们的理论观测值进行了比较(O-C，Observation-Calculation)，结果表明我们的模型与实际观测数据有较好的一致性。针对我国目前正在开展的月球微波测速测距(LRR)，我们介绍了微波测距技术相对于激光测距的优势，并简要介绍了目前的结果状况。期待在将来的工作中将二者进行联合分析，互相补充，对地月系统特别是月球动力学和内部结构研究提供更强的约束。