伴随着目标探测与识别技术的发展,雷达散射截面的分析与计算成为人们关注的热点。研究目标的雷达散射截面不光是获取它的散射特性,更重要的是可以预估和优化未来的信息化系统。尤其是近几年隐身与反隐身技术的日新月异,对雷达散射截面的精确计算提出了越来越高的要求。工程中计算频率的不断升高使得目标的电尺寸随之变大,除此之外探测目标还往往处于半空间环境中,如何在有限计算资源条件下准确高效计算电大目标的雷达散射截面成为当前人们所面临的挑战性课题。基于这一背景,本文以多层快速多极子方法为主要研究工具,结合超级计算机平台,研究了基于多层快速多极子方法的并行方法和区域分解算法来解决一系列工程问题,特别是区域分解方法能够在保证精度的前提下有效地解决半空间环境中电大尺寸目标散射问题。本论文主要研究了以下几个方面的内容并取得了若干研究成果。为了改善多层快速多极子方法在大规模计算机集群上的负载均衡程度,针对其八叉树结构在高层非空组数较少平面波数较多而在低层呈现相反态势的特点给出了一种平面波自适应划分策略。该并行策略根据非空组所在进程数的不同对平面波实行不同份数的划分,提高了并行效率。为了突破八叉树在最高层中非空组数少于进程数而产生的瓶颈,给出了一种基于远场近似原理的截断树策略。该策略将八叉树的最高层从第二层下移,并在新的最高层采用快速多极子与远场近似混合算法。通过数值算例对比分析了两种并行策略各自的优势。另外,基于现代计算机的微架构,针对多层快速多极子程序中最为耗时的转移过程,给出了一种充分利用现代计算机中高速缓存以及向量化单元的优化方案,优化后的多层快速多极子算法在CPU平台和新一代众核平台分别获得2.5倍和4.6倍加速比。为了进一步扩大并行多层快速多极子方法的计算规模,本论文给出了一种采用并行多层快速多极子加速且以平面波自适应划分方法作为其并行策略的非重叠型区域分解方法。对于该非重叠型区域分解方法提出了一种针对PEC问题的显式边界条件,该边界条件能够自动满足子区域之间电流的连续性以及PEC内部电荷、电场、电势均为零的条件。子区域之间繁琐的奇异性积分被消除,并且改善了高斯赛德尔外迭代求解时的收敛性。同时各个子区域的网格可以独立剖分为非共形网格,大幅提升了模型处理的灵活性。子区域之间的耦合采用场迭代的方式来计算,避免了存储互阻抗矩阵,降低了内存需求。本文还给出了一种MPI混合OpenMP策略加速子区域内部以及子区域间耦合量的计算,高效解决了实际工程中电尺寸为2000波长的电大尺寸散射问题。考虑到地面与海面等环境带来的影响,本论文将并行非重叠型区域分解方法扩展到半空间中,重点研究了半空间环境中用多层快速多极子加速计算的实现方案及其并行策略。对于半空间中的近相互作用,与半空间中MoM类似地采用DCIT进行精确计算;对于子区域内部以及子区域之间远场作用经过半空间分界面的反射场计算,采用了实镜像的方法。该方法只引入一个实镜像,与引入多个复镜像的离散复镜像方法相比大大降低了内存消耗,具有良好的稳定性。数值算例证明,将实镜像方法引入非重叠型区域分解方法中可以精确快速分析半空间中上千波长的电大尺寸目标散射特性。为了解决工程应用中的大型编队问题,将截断树并行策略应用于半空间并行非重叠型区域分解算法中,在满足工程精度需求的条件下成功分析了地面上装甲车编队和海面上舰船编队等散射问题。根据多层快速多极子算法自身分层分组的特点,提出了一种新颖的基于八叉树结构的区域分解方法。论文中利用多层快速多极子算法的八叉树结构自适应地对模型表面进行区域划分,每个子区域即是原八叉树的一个子树并且子区域之间无需创建任何额外的人工交界面,大大提升了模型处理时的便捷性。对于子区域之间锯齿状重合部分采用阻抗的方式计算耦合,消除了高阶奇异性;其余部分用场的方式计算,降低了内存需求。所有计算机资源集中计算各个子区域,提高了求解规模。通过数值仿真结果的分析表明了该方法对于实际工程具有很高的应用价值。