植被在整个地球系统中扮演着重要的角色,对全球的碳循环、水循环和气候变化有重要的影响。有限长圆柱体的电磁散射在植被微波遥感领域有重要的应用。在微波低频段（如L和S波段）,植被主干和枝干的散射贡献往往占主导地位。在植被生长期的早期,其主干和枝干在其它频段下亦占主导地位。这两者常用有限长圆柱体建模。但迄今为止,仍未能得到圆柱体电磁散射截面的统一解析解,更遑论散射振幅相位的准确求解,或者对能量守恒和互异性定理的考量。T矩阵是计算体散射的有力工具,但在处理大长径比圆柱体时,会面临收敛问题。鉴于此种弊端,本文研究基于T矩阵的虚拟分割方法（VPM）并将其扩展到非均匀圆柱体和锥形柱体。非均匀是指沿圆柱体主轴各段介电常数可能相异,文献中尚无解析方法处理该种情形。锥形柱体可以表征植被主干上细下粗的结构。数值仿真验证了 VPM的有效性,包括:1)对任意双站散射,提供高精度的同极化和交叉极化散射截面;2)提供高精度的散射振幅相位;3)符合能量守恒;4)满足互易性定理。VPM的优异性能表明其在植被相干散射模型中的应用潜力巨大,可以更好地理解PolInSAR图像,更好地表征植被散射机制。植被枝干的取向通常是任意的,对不同的圆柱体取向和入射波极化方向,VPM要重新计算,这远非理想。本文开发了基于VPM的T矩阵（VPM-Tmat）方法。VPM-Tmat与VPM都具有很高的精度,但考虑空间取向并做取向平均时,VPM-Tmat的效率较VPM提高2个数量级以上。无论是表征电磁波在植被中的传播行为,或是为极化分解做准备,VPM-Tmat都可以提供准确而高效的技术支撑。在VPM-Tmat计算植被组件技术的支持下,本文对玉米冠层建立高精度的相干散射模型,仿真结果与实测数据吻合较好。当植被的主干、枝干处于相互的近区,需要充分考虑圆柱体间的电磁交互作用。本文将VPM推广到多个圆柱体的电磁散射,该模型考虑了圆柱体间的全部耦合效应,亦即多重散射效应阶数在理论上等价于无穷级。数值仿真验证了 VPM计算多圆柱体的精度。此外,仿真结果表明即使圆柱体间的距离大于1个波长,其耦合效应有时候也不可忽略。Freeman和Durden开发的三分量极化分解理论可表征植被的极化散射机理。本文引入一种更严格的方法来表征其中的体散射分量。改进体现在两个方面:1)考虑局部入射角的影响;2)高精度的计算圆柱体散射振幅。相关改进有助于极化协方差矩阵分解模型的发展,有助于发展极化SAR在植被生物物理信息提取中的应用。本文还研究协方差矩阵对圆柱体尺寸、介电常数、取向的敏感性,为反演算法做准备。