深空探测是我国空间科学技术发展的全新领域,其中火星探测是最新的研究热点。火星内部的深层结构记录着其形成和演化的历史信息,其电离层和大气层包含其大气成分、气候变化和空间环境的重要特征。星载微波遥感技术因其强大的探测能力被广泛应用到月球、火星、金星和土星等地外星体的探测中。微波遥感理论建模对于卫星传感器设计、探测数据定标、表面参数反演和遥感定量分析具有重要的意义。星载高频雷达探测仪可探测到火星地表以下几百米至几千米的深层,从而可以揭示次表层结构特征。本文讨论了高频雷达探测仪频率与带宽的选取准则,介绍了基于粗糙面Kirchhoff近似的电磁散射理论与几何光学射线追踪法的火星雷达回波快速模拟方法。本文以数值模拟和真实的火星地形数据的雷达探测仪回波为例,验证了该方法的正确性与可行性。目前的雷达探测仪反演研究,例如次表层的介电常数、分层结构及深度等,均基于雷达谱的表面反射率和雷达回波出现的射程距离,缺乏对雷达电磁波在火星表层与次表层内传播、衰减和反射的定量数值模拟,在反演方法中未考虑火星表面地形特征(例如撞击坑或起伏地形)对雷达回波的影响。因此,本文提出了一种基于火星地面高程数据(Mars DTM)的雷达回波数值模拟,融合不同频段的雷达探测仪数据进行定量分析和精确反演的方法。星载微波遥感是对地观察的前沿技术,在环境监测、国土资源利用、气候变化和灾害监控等方面发挥了重大作用。主动和被动的微波遥感技术可以全天候、全天时地观测,能探测地球表层、几千米深的浅表层乃至大气电离层。合成孔径雷达(SAR)是目前较为热门的研究领域,在地震、干旱、洪涝、台风、火山喷发等自然灾害的监测与灾情评估中发挥了重要作用。及时、准确的灾情检测评估对突发地震的紧急救援、损害评估和灾后重建十分重要。在突发灾情及其后可能的天气地理环境等困难条件下,完整的灾后光学图像往往不容易及时获取。全天候全天时在轨运行的星载高分辨率SAR可提供灾区高分辨率遥感图像。震灾前光学图像与震灾后SAR图像的信息融合,可检测与评估震灾区地表面建筑物破坏状态。灾前的光学遥感图像与灾后高分辨率SAR遥感图像的信息融合,根据SAR仿真成像理论,可用于检测和评估地震灾害中建筑物的受损情况。极化SAR的理论建模和仿真成像有助于掌握电磁散射理论和合成孔径雷达基础知识,从而更广泛地应用到SAR的各应用领域。根据震灾前光学图像的建筑物特征参数,通过SAR成像仿真算法,模拟建筑物SAR图像,根据震灾后SAR真实图像与SAR仿真图像互信息量的比较,综合利用归一化互信息量、梯度互信息量、区域互信息量,检测与评估建筑物破坏状态。