复杂环境背景下的现代化战争推动了科学创新技术的快速发展,目标的隐身与识别、环境遥感、海洋探测等方面的技术需求都对目标与环境复合模型的散射问题提出了更高要求,比如更简洁的计算方法、更少的计算耗时、更小的存储消耗。本论文围绕着粗糙面与目标的复合电磁散射开场研究,采用物理光学法(Physical Optics,PO)和弹跳射线法(Shooting and Bouncing Rays,SBR)两种方法。物理光学法是一种高频近似方法,根据几何光学近似来计算散射体表面的感应电磁流,将散射场表示是为该感应电磁流的积分,物理概念清晰,对计算机资源消耗较少,可以快速求解电大尺寸目标。SBR是几何光学方法(GO)和物理光学法(PO)的混合方法,利用几何光学法查找目标的反射面元,利用物理光学法求解散射场,因此对于存在二面角、三面角等较为复杂的目标时SBR方法比PO方法求解的散射场更加精确。本文利用两种方法求解粗糙面与目标的电磁散射场,并基于目标散射场获取目标的高分辨距离像。论文的主要工作如下:1.基于PO方法介绍了PO-PO算法,用于数值求解目标与粗糙面的复合散射,其中粗糙面和目标散射利用PO计算求解,并根据惠更斯等效原理和多路径散射思想考虑目标以及粗糙面之间的耦合作用。利用该方法求解一维粗糙面与单个二维目标的复合散射,并与传统矩量法(MoM)结果进行比较验证,结果发现两种方法吻合得很好。在此基础上,推广到粗糙面上方多个目标的复合模型,其散射结果与边界有限元(FE-BI)方法对比,验证了该算法对于粗糙面与多目标复合模型求解散射场的有效性。另外研究了入射波参数、粗糙面参数、目标参数对复合模型散射的影响。2.物理光学法可以求解一些简单目标的电磁散射,但是对于存在二面角、三面角的较为复杂的目标模型无法考虑其自身的耦合作用,导致PO方法的数值结果和实测结果会有比较大的差异。因此,本文利用SBR方法来计算复杂目标的电磁散射,对于目标的边缘散射问题,采用物理绕射理论(PTD)来计算模型的边缘绕射场,并利用仿真结果与商业软件中快速多极子(MLFMM)方法对比验证了算法的正确性。3.在PO和SBR方法的基础上提出了PO-SBR的混合方法,并应用到二维粗糙面与上方三维目标的复合模型的散射场计算中。采用PO方法计算粗糙面的一次散射,利用SBR方法计算目标的自身散射,根据多路径散射思想和惠更斯原理计算粗糙面与目标的耦合作用散射。利用PO-SBR方法计算了粗糙面上方(一个、多个)目标的差场雷达散射系数,通过与商业软件的快速多极子方法对比,验证方法的正确性。对于算法中的迭代计算中时间高消耗的问题,基于OpenMP并行加速原理,对程序代码进行并行化,有效的降低程序运行时间。4.本文介绍了高分辨距离像的基本原理,阐述了一维距离像的成像机理,并基于上述粗糙面与目标复合模型的后向宽带散射数据,进而采用快速傅里叶逆变换获取该复合模型的高分辨距离像(HRRP)。根据模型一维距离像分析距离像中峰值的数量、位置及幅度特性,并从目标模型的物理机理上分析各峰值的具体来源。