三维辐射传输理论在众多领域有着广泛的应用,例如气象、遥感、医学、海洋探测、工程热物理、先进材料等等。国内外众多学者对辐射传输理论及其求解方法进行了大量的研究,极大地加深了人们对电磁波与物质之间相互作用的认识,同时形成了多种求解仿真方法。矢量辐射传输方程的求解方法分为确定性算法和统计性算法,其中运用最为广泛的是离散坐标法和蒙特卡罗方法。本文主要聚焦于使用三维蒙特卡罗方法求解矢量辐射参数方程,包括了粒子散射特性、矢量辐射传输理论、蒙特卡罗方法等内容。全面介绍了使用辐射传输理论和蒙特卡罗方法求解空间非均匀随机分布介质散射特性的方法和流程,并给出了验证算例和仿真案例。本文主要完成的研究内容包括:1.粒子电磁散射特性是求解三维矢量辐射传输方程的基础。本章从粒子散射基本理论出发,讨论了四种常见金属和纯水的介电常数模型,重点介绍了球型粒子、非球形粒子和稀疏分布粒子层散射参数的计算方法。分别使用Mie理论和T矩阵法计算了球型和非球型铝合金微粒的散射参数,并分析了粒子散射参数随频率和轴比的变化关系。2.三维矢量辐射传输方程的求解方法分为确定性算法和统计性算法,本章重点梳理了蒙特卡罗方法求解矢量辐射传输方程的基础理论和实现方法,探讨了前向蒙特卡罗方法和后向蒙特卡罗方法的区别和适用范围。3.分别使用前向和后向蒙特卡罗解法仿真了雨云热辐射问题和标准大气主动散射问题。仿真结果与文献参考值做了对比,验证了程序的正确性。给出了X频段下各向异性介质材料散射特性的仿真算例,分析了空间均匀介质与非均匀介质散射特性的差异。