近年来关于随机粗糙面电磁散射的理论和计算发展很快,它在雷达探测、遥测遥感及通信等领域有着广泛的应用。粗糙面电磁散射的研究方法主要有近似方法和数值方法,近似方法包括基尔霍夫近似和微扰法近似等多种方法,这类方法计算速度快,但精度较低,特别是在大入射角的情况。数值方法主要有矩量法、时域有限差分法及各种快速算法,其精度高,仿真结果能更准确地反映实际情况,但这类方法通常计算量大。本文介绍了微扰法(Small Perturbation Model,简称SPM)和小斜率近似法(Small Slope Approximation简称(SSA))等粗糙面电磁散射理论。研究了一阶SPM和一阶SSA在小粗糙海面上的应用。并与SPM理论值进行了比较。结果表明在小微扰海面情况下,一阶SPM与理论值吻合得很好,但在掠入射情况下垂直极化与理论值存在偏差。一阶SSA只是在中度入射角情况下与理论值吻合较好,但是在掠入射情况下同样存在偏差。作为一种精确的数值计算方法,多层快速多极子(Multilevel fast multipole algorithm,简称(MLFMA))将用于计算海面的电磁散射,用来检验SPM的有效性。也通过具体算例与SPM的结果进行比较。结果表明,在中等入射角情况下, SPM与MLFMA吻合的很好。本论文采用图像处理应用中的马尔可夫随机场(Markov Random Fields简称(MRF))来学习海面上方等效惠更斯面上的电流的统计特性。等效惠更斯面上的电流由海面散射的近场散射场得到,MRF参数就是通过对等效惠更斯面上的电流学习得到的。一旦得到MRF参数,就可以直接用来合成任意大小的惠更斯面电流,通过自由空间格林函数,就可以用惠更斯面电流计算远区散射场。这种方法的优点在于,一旦学习好MRF参数,就不再需要原来的散射模型来计算随机样本面的远区散射场。MRF模型可以用来产生任意大小的等效海面惠更斯电流,因此可以大量节省计算量和存储空间。