所有的真实表面,不管是自然生成的还是人工加工的表面都有着一定的粗糙度。粗糙表面的散射过程是一个十分重要并且有意义的研究内容。本文引入几何光学光线追踪方法(GO)和时域有限差分方法(FDTD)对粗糙表面的辐射特性进行分析计算。论文的主要研究内容如下:首先,使用GO方法对粗糙表面上的入射能束进行追踪直到所有入射能束离开这个表面,用菲涅尔反射计算入射能束在表面上的反射份额,充分考虑粗糙表面的遮挡效应和多次散射效应,进而计算出粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)。使用考虑“边缘遮挡效应”的GO方法来分析氧化镁陶瓷粗糙表面的“非镜反射峰值”现象,结果表明粗糙表面的“非镜反射峰值”是掠出射角度下的“光增强效应”和“边缘遮挡效应”的共同作用产生的。为了对路面蜃景现象进行解释,基于GO方法建立了能够考虑“光增强效应”的大尺度粗糙表面散射模型,将路面假设为小尺度粗糙表面面片组成的大尺度粗糙表面,对路面辐射特性进行分析计算。结果表明路面蜃景中亮处的BRDF的平均值是路面蜃景前方路面BRDF的平均值的两倍,路面蜃景是粗糙表面掠出射角度下的一种“光增强效应”。接下来,使用直接求解电磁场的FDTD方法求解粗糙表面的辐射特性来克服GO方法的有限适用范围。为了消除传统FDTD方法中存在的阶梯网格近似误差,将边界条件方程方法引入FDTD方法对粗糙表面分界面进行建模,使得FDTD方法能够模拟粗糙表面的真实形状。将改进后的FDTD方法应用到圆柱表面散射问题和粗糙表面散射特性的求解计算中,结果表明边界条件方程方法能够有效消除FDTD方法中的阶梯网格近似误差,使得FDTD方法保持二阶精度。将改进后的FDTD方法依次与GO方法以及解析近似模型的计算结果做对比,结果表明FDTD方法能够克服解析近似模型的有限适用范围,并且能够考虑GO方法无法考虑的干涉效应。最后,使用改进后的FDTD方法计算了不同表面参数和不同入射角度下的粗糙表面BRDF,对粗糙表面上出现的镜反射、漫反射、后向散射增强和掠出射角度散射峰值等现象进行总结分析和预测。