本文主要围绕大尺度分层粗糙面介质电磁散射特性及其逆问题进行研究，通过理论分析和数值模拟来研究正下视模式下雷达回波与粗糙面分层介质参数之间的联系，基于正向理论模型，发展由回波数据定量获得粗糙面参数的方法。本文首先研究了大尺度分层粗糙面介质电磁散射的正问题，包括粗糙面覆盖下的分层介质的电磁散射特性和成像方法，在此基础上采用模拟退火算法开展了逆问题的研究，提出了分层介质电特性参数的反演方法。本文的主要工作和创新点包括以下几个方面:　　1.建立了大尺度分层粗糙面介质电磁散射的模型，从Huygens原理和Kirchhoff近似出发推导了随机粗糙面覆盖下介质的电磁散射场的积分公式;　　2.提出了大尺度分层粗糙面介质电磁散射特性的分析方法，从理论推导和数值仿真两个层面分析了表面粗糙度和次表面粗糙度对电磁散射场的影响;考察了分层介质的电特性参数（介电常数和电导率）对散射场的影响;　　3.采用B-scan成像的方法对分层介质进行成像，通过对发射信号加载窗函数的方式压制了雷达信号的旁瓣，提高了回波的信噪比和成像质量;考察了表面粗糙度对雷达探测能力的影响;　　4.提出了一种参数估算方法用于快速估算上层介质的介电常数和厚度，该方法利用表层天底点和次表层天底点雷达回波的时延差以及表面数字高程数据作为输入，有效的克服了利用回波强度进行计算带来的诸多问题;　　5.提出了大尺度分层粗糙面介质电特性参数反演问题的求解方法，将该问题转化为非线性最优化问题并引入模拟退火算法进行求解，通过改进算法的搜索策略，使算法在最优解的搜索过程中可以自适应的调整搜索步长，提高了算法的搜索效率，实现了介质电特性参数的反演，并考察了算法的抗噪声能力。