电磁散射是物质和电磁波相互作用后在外空间产生的宏观现象,依据电磁基本原理、结合目标特征推导出适合的算法,求解出目标物的回波信号,并提取关键信息,目前已经成为信息化作战和海况农情监测等军民领域的迫切需求。在军事领域中,武器装备大多数以自然环境作为背景,而地表和海洋是最多样的背景,其复杂性体现在附着物、形状轮廓、洋流涌浪等。本文重点研究电磁近似算法,经典理论包括基尔霍夫近似和微扰法,但两者适用范围较窄,需要进一步修正或者扩展。在此基础上,深入研究统一理论中的小斜率近似算法(SSA),主要工作是借同鉴基尔霍夫法和积分方程法相似部分的数学推导,将原本和表面高度、计算区域相关的积分项变为统计谱模型的解析公式,提高了运算速度,降低了实现的复杂度。由于自然表面的丰富多样性,依据常用的单尺度高斯谱和指数谱,进行了多尺度的扩展和混合,提出了几种新的综合谱模型。在模型具备情况下,研究了常见地物的介电特性和有效海谱模型,将电磁散射技术应用到实际的地海粗糙面中,给出了土壤、路面、风驱海洋的电磁散射数据。本文的主要贡献包括以下三个方面。1.深入分析了基尔霍夫近似和微扰法两种经典算法,给出了它们的适用范围、求解原理和散射系数公式,并进行了遮蔽修正。随后扩展到了双尺度法和积分方程法。2.重点研究了小斜率近似法,该算法适用角度广,限制条件少,通过保留展开项中的阶数来满足精确度。推导出散射振幅的三阶表达式,将得到的数据结果同矩量法进行比对,验证了正确性。对比了一阶和三阶小斜率的精确度。结合蒙特卡洛方法对粗糙面离散剖分,分析电磁散射系数同粗糙度、介电常数等关系。最后推导出了广泛适用的解析表达式,给出了多尺度高斯和指数谱以及它们的混合谱模型,尽可能地逼近真实的自然表面。3.在前面的算法和谱模型基础上,给出了沙粒、沥青混凝土、雪、土壤等典型地表附着物的介电常数特征,应用电磁散射技术求解沙土、耕地、沥青水泥路面的散射系数。因为海洋的特殊性,单独提出了三种海谱模型,并求解风驱表面的电磁散射系数。