有限深海域在海底地形、变浅效应等作用的影响下,具有与传统无限深海域不同的特性,在军用战略监测和民用技术研究方面有着非常重要的意义。目前,在有限深海域的研究中存在以下难点:与传统的无限深海面不同,由于有限深海面对于水深因素的影响存在敏感性,有限深海面的几何建模问题一直是国内外研究的热点问题;有限深海域的电磁散射问题通常为电大尺寸问题,属于计算电磁学当中的重难点问题,且其与传统的无限深海面电磁散射问题不同,水深因素对其电磁散射的影响不可忽略;有限深海域的海底地形探测问题,对于海洋的科学管理和保护研究具有重要意义,但如何将海面的雷达成像到海底地形反演整个过程进行仿真,是国内外研究的热点问题。因此本文从有限深海面几何建模,电磁散射,雷达成像,水深反演四个方面进行了研究和分析。本文主要工作包含四个部分:一、结合流体动力学理论及有限深海谱模型,利用线性滤波法建立有限深海域的海面几何模型。通过比较不同水深及风速情况下的有限深海面,得出其几何模型变化的规律:相同风速情况下,水深越大,其海面的起伏就越大;相同水深的情况下,风速越大,海面的起伏越大。该结论与实际海面情况一致,证明了本方法的有效性。二、采用物理光学法对有限深海面的电磁特性进行研究。有限深海面的电磁散射问题通常是电大尺寸问题,因此在研究过程中采用物理光学法可以有效地减少计算机运行时间和内存消耗。本文通过与快速多极子进行对比,验证了不同水深情况下,物理光学法具有较好的精度,证明了其可以运用于有限深海面的电磁散射计算。此外,通过计算研究不同水深、风速、入射角情况下的有限深海面的散射特性得出:同一入射角情况下,风速的增加会使浅水和深水的散射系数差异增大;同一风速时,在中等入射角入射的情况下,入射角增大,水深因素对后向散射系数的影响随之增大。三、采用面元法和后向投影(BP,Back Propagation)成像算法,对有限深海面进行了雷达成像。由于不同水深的有限深海面具有不同的散射特性,因此可以采用面元法的方式计算有限深海域的电磁散射系数,然后采用BP成像算法对有限深海域进行雷达成像。本文分别对典型的沙坡地形,洪涝灾害区域地形以及实际的渤海湾区域进行合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)遥感成像,得到了与实际地形变化匹配度良好的仿真SAR图像,证明了该模型有良好的复杂环境成像能力。最后仿真分析了渤海湾地形在不同波段、入射角、风速和风向的响应特性,得出:在同一入射角、风速、风向的条件下,雷达波频率越低,SAR对海底地形的成像效果越好;其他条件相同,入射角越小,SAR成像效果越好;其他条件相同,风速大约为5m/s时,SAR成像效果最好;其他条件相同,在顺风到侧风这段风向角范围内,SAR成像效果最好。四、通过雷达SAR图像对海底地形进行反演。基于有限深海域海底地形的海面SAR遥感成像模型的基础,利用部分先验地形数据与真实SAR影像发展出水深反演算法,对海底地形数据进行有效反演。本文将该算法应用在渤海湾区域,利用该区域的SAR影像,对渤海湾研究区域的海底地形的反演做了探索性研究,反演结果显示其实际水深匹配良好。