随着无线电技术的发展与电磁学研究的深入,无线通信系统被广泛应用于人类生活的各个领域,如卫星通信、GPS定位、雷达预警、遥感遥测系统等,研究各类复杂环境下的电波传播并对其作出预测为我们的生产生活提供了便利。海洋面积辽阔,资源丰富,研究海洋环境的电波传播对沿海经济发展和国家海洋战略部署都有着重大的意义。抛物方程(Parabolic equation,简称PE)法是一种预测对流层电波传播的电磁场数值计算方法,它能同时处理不规则的边界条件和大气波导环境,且计算方法相对简单,在各类环境的电波预测中都得到了非常广泛的应用。传统的抛物方程法主要研究了电波的前向传播过程,是一种二维环境的单向算法,忽略了电波遇到障碍物后的反向传播。传播域范围内存在障碍物的情况下,仅使用传统的抛物方程法预测电波传播特性会和真实值产生较大的误差。因此,本文提出应用双向抛物方程求解复杂海洋环境的电波传播特性。用有限差分法求解双向抛物方程(Two-way parabolic equation,2WPE),将改进分形模型应用于模拟粗糙海面,分析风力作用下粗糙海面对电波传播产生的影响。最后研究了双向三维抛物方程及其交替方向隐式(Alternate Direction Implicit,ADI)求解。文章首先从麦克斯韦方程组及波动方程出发,引入前向、后向简化函数并对发出做出适当的近似,得到前向、后向抛物方程。采用有限差分法求解前向、后向抛物方程中都,得到了双向抛物方程的有限差分解,给出了前向、后向抛物方程运算过程中对不规则地形及阻抗边界条件的处理方法。其次,引用一种新的改进分形模型模拟不同风速条件下的粗糙海面,计算了电波在此模型中的传播情况,在电波的前、后向传播过程中均使用改进分形模型模拟粗糙海面轮廓,分析了不同风速条件下电波在此模型中的传播特性。在相同条件下,将运用改进分形模型模拟海面时的电波双向传播因子与经典的Miller-Brown模型模拟海面时的电波双向传播因子进行对比,验证了改进分形模型在电波双向传播中的有效性。最后将此模型与海面上空常见的大气波导类型结合,计算了大气波导环境下双向电波在改进分形模型中的传播因子,分析了粗糙起伏海面对大气波导陷获能力的影响。最后,研究了电波在三维环境中的前向、后向传播。推到了三维抛物方程的有限差分求解方法,在此基础上首次提出运用ADI方法对三维双向抛物方程进行求解,详细推导了三维前向、后向抛物方程ADI求解法的求解公式,最后通过算例求解三维环境电波双向传播特性。