海面散射研究,尤其是海面与目标的复合散射研究,在微波遥感应用中具有重要的价值。目前已有的算法能够较好地满足海面自身的散射仿真需求,但对于更有挑战性的海面与目标的复合散射仿真,受限于算法的应用条件、计算效率、内存等因素,这些算法均不能较好地满足实际需求。鉴于高频方法计算简单的特点,本文从高频方法着手发展出了一种基于射线追踪的高频混合方法,较好地解决了上述问题。首先,本文详细研究了海面电磁散射的当前进展和主要的计算方法,对这些算法作了简介并指出了其不足之处。通过对这些算法的优缺点进行考察,本文把研究重点确定为高频混合方法。通过对比研究相关文献,在射线追踪的框架下,本文发展出了一种基于几何光学(GO)、物理光学(PO)和物理绕射理论(PTD)的高频混合方法(GO+PO+PTD)。该方法采用GO来简化多次反射时耦合场的计算,采用PO来计算镜面散射,采用PTD来计算劈尖绕射贡献。与弹跳射线法(SBR)相比,GO+PO+PTD在每次反射时均计算PO积分,而不是像SBR一样只在最后一次弹跳处计算PO积分,因此GO+PO+PTD具有更高的精度。其次,当采用平面面元组成的网格来表示具有凹面结构的目标时,由于表面曲率信息的丢失,射线管的发散效应不能被正常考虑,GO+PO+PTD对该类目标的仿真结果会具有较大误差,甚至完全错误。为了改善GO+PO+PTD的计算精度,本文首次提出了虚拟发散因子(Virtual Divergence Factor,VDF)。该因子简单高效,物理概念直观,能够显著地提高GO+PO+PTD的计算精度与灵活性。同时,当面元增多时,为了加速射线追踪,本文采用了当前总体性能最佳的kd-tree加速结构,显著地降低了射线追踪的计算时间。最后,通过大量的典型体目标算例以及不同风速下的海面算例,充分验证了GO+PO+PTD在采用VDF修正和kd-tree加速后所具有的良好计算精度、广泛适用范围和卓越计算效率。为了充分展示该算法的潜力和优秀性能,本文成功地对载有直升机的大型货轮与海面的复合模型进行了散射仿真。这是目前文献中最为复杂也最为符合真实情况的海面与舰船复合模型,因此,本文在一定程度上推进了当前海面散射的研究进程。