为分析层联衬经斜纹机织预制体的细观结构，通过X射线显微镜（Micro-CT）观测复合材料中的纤维，基于Micro-CT观测的纤维横截面形状和空间走向，提出矩形衬经纱横截面、矩形接结经纱横截面、凸透镜形纬纱横截面、直线型衬经纱路径、直线型纬纱路径和抛物线形接结经纱路径等假设，推导了纤维预制体厚度和纤维体积含量与纤维参数之间的关系，建立了预制体细观结构模型，通过纤维宽度和厚度计算纱线横截面变异系数、预制体厚度和纤维体积含量。为验证模型的准确性，以芳纶纤维和超高分子质量聚乙烯纤维为原材料制备了2种相同结构、不同纤维的层联衬经斜纹机织复合材料，并与提出的预制体模型对比分析。结果表明：理论值与实测值在合理误差范围之内，预制体厚度误差小于1.5%，预制体纤维体积含量误差小于1.5%。