基于双极化雷达的目标探测是雷达科学领域的前沿研究课题,其中在复杂气象条件下,雨雾等气象介质对目标极化探测性能影响的问题引起了众多关注。比如在降雨率比较大的情况下,雨滴呈现较明显的椭球结构。同时在外界风场的作用下,雨滴易呈现特殊的倾斜分布,对雷达波的极化特性产生影响,因此根据不同的气象条件寻找目标探测的最优极化具有特别重要的意义。针对该问题,论文首先提出了扩展MIE散射方法对椭球雨滴的散射特性进行计算,然后结合Fisher分布的雨滴倾角和基本风场模型构建了复杂的气象环境,最后对此场景中雷达目标的最优极化探测问题进行了初步的仿真和分析。全文的主要内容一共分为三个部分:第一部分,在坐标伸缩变换法的基础上提出了扩展MIE散射方法来计算椭球介绍了现有的一些电磁散射计算方法,在伸缩变化方法的基础上提出了扩展MIE散射方法来计算椭球雨滴的散射特性。该方法可以用于计算任意入射波方向、任意极化方式、任意倾角的椭球雨滴的散射场,并与等效球体方法和Rayleigh近似方法进行了仿真对比。结果表明,扩展MIE散射方法能很好的仿真椭球雨滴的散射特性,并不受频率的限制,是一种基于经典MIE散射方法的快速数值方法。第二部分,结合雨滴倾角的Fisher分布和风场模型构建了较复杂的降雨气象条件。首先,利用数据拟合得到经典Fisher分布模型雨滴倾斜分布时的参数,建立降雨率、风场等参数与雨滴倾斜的关系。然后,采用了平均风场模型、风切变模型和大气紊流模型三种基本风场模型叠加的方式构造复杂风场,与雨介质混合后可以用来模拟真实空间中雨滴倾角的分布,得到复杂的气象环境。从而为复杂气象环境中雷达目标的最优极化探测研究打下基础。第三部分,本文根据雨胞的真实特性设置了仿真场景,采用全极化雷达系统和线极化波的方式对复杂气象条件下的目标进行探测。首先利用雨介质的有效传播常数构建了极化雷达波的传播与散射模型。其次,在一定的气象条件下改变线极化波与水平方向的夹角,仿真分析目标散射特性与入射极化方式的关系。同时,结合随时间改变的气象环境仿真分析不同气象环境中目标的最优极化探测模型。本文提出的扩展MIE散射方法可以用于精确的计算分析任意入射条件下椭球雨滴的极化散射特性,不受频率的限制,可以用于X波段及更高频率雷达在雨介质中工作时的雷达波传播散射特性分析。采用三种风场模型叠加来模拟风场分布,更能反映真实的雨滴倾角分布情况,并可以通过设置不同的参数得到不同的复杂气象环境,来研究雷达目标的最佳极化探测。