雷达目标散射信号中的极化信息同目标回波的幅度、相位、多普勒频率、波形等信息一样，是非常有用的信息，它在抗有源干扰和杂波干扰、目标信号滤波和增强、目标检测和目标识别中有着巨大的潜力。来自粗糙面上的极化散射信息可以反映粗糙面的相关几何和物理参数，这对于研究自然地海背景下的微波遥感具有重要的应用价值。本文主要根据自然背景中电磁波散射理论，重点研究了二维粗糙海面和地面的极化电磁散射特性，包括二维纹理特征粗糙面的极化电磁散射、新月形沙丘的一次和二次极化散射、二维改进分形海面模型的极化电磁散射、海面及简单目标极化电磁散射的研究。主要工作如下：第一，当高斯谱或指数谱粗糙面两个方向上的相关长度相差较大时，粗糙面将会呈现较为明显的纹理。通过对二维粗糙面进行离散化分析，推导了粗糙面各散射元局部坐标系和笛卡儿坐标系间的关系，并在基尔霍夫近似中对局部坐标系中的梯度进行了积分，得到了全新的极化散射推导模型。计算结果给出了不同相关长度、纹理角以及高度起伏均方根对二维高斯谱和指数谱粗糙面极化散射截面的影响。第二，新月形沙丘是沙漠地形中的典型形态。结合射线追踪理论，采用先几何光学后物理光学的方式推导了基尔霍夫二次散射场。计算结果表明二次散射结果在特定的角度范围内有突出影响。在电磁波射向背风坡时可以发现其同极化散射截面在入射角较大时大于其它入射方向的结果，以及入射角在休止角附近时的交叉极化散射截面出现峰值。第三，风速和风向对于海面模型有着决定性的影响。同样采取基尔霍夫近似中的矢量分解计算，给出了风速、风向、分维数以及雷达入射频率对于二维海面极化散射截面的影响。风速较大时HH和HV单站极化散射截面在顺风时达到最大值，在侧风时达到最小值。无论是同极化还是交叉极化，后向散射截面均随入射频率的增大而增大。同极化散射截面都会在镜向位置得到极大值，而在侧向位置得到极小值。交叉极化散射截面则与之相反。以半球经纬度坐标系分析海面上半空间全方位的雷达极化散射截面，说明了交叉极化散射截面在入射面以外基本上相对入射面内大20dB。大于-20dB的交叉极化散射截面多出现在前向位置或极点位置。第四，分析了海面上长方体和粗糙海面形成的复合二面角，并计算了长方体目标尺寸和海面粗糙度对于复合二面角的极化散射的影响。计算结果显示了同极化散射截面的后向增强随着长方体目标的高度和宽度的增加而变得更为明显，长方体目标尺寸对于交叉极化散射截面的影响也比较明显。在包含复合二面角散射结果的海杂波中，可以通过HH极化散射截面，也可以利用交叉极化散射截面不等的范围反演长方体目标的高度和宽度，而长方体目标的长度可以由较小的同极化散射截面的跨度来推演。