时变复杂海面的电磁散射特征与回波信号的多普勒谱在海洋背景下的运动目标探测、浮油特征、海洋环境遥感等领域具有重要的应用价值,近年来备受关注。由于海浪的非高斯性对海浪波形与运动特征有不可忽视的影响,因此非高斯海面的电磁散射与回波多普勒谱的研究必不可少。另一方面,海面的电大属性又给它的电磁散射分析带来了很大的困难,电大海面的快速电磁散射算法是目前关注的热点问题。与此同时,卷浪对散射波也有显著的影响,并且卷浪与海尖峰现象有着密切的联系。本文对动态非高斯海面和卷浪的电磁散射特性做了系统的研究,分析了非线性作用和倾斜作用对散射系数和多普勒谱的影响,并且提出了一个针对稳态非线性海面的高频电磁算法,最后研究了三维卷浪的电磁散射特征。目前研究的主要进展如下:(1)分别基于尖浪模型和Creamer(2)模型,模拟了两种近似非线性海面,运用二阶小斜率近似方法分别计算了它们的单双站散射系数和多普勒谱,并将仿真结果进行了对比分析。研究结果指出,海浪非线性作用对散射系数的影响非常微小,两种非线性海面在散射系数上的差异可以忽略,但是非线性作用对多普勒谱的影响非常显著,并且在大入射角下尖浪模型对应的多普勒展宽比Creamer(2)模型更大。(2)海浪的波峰会沿风向倾斜,很多学者分析了海浪的倾斜效应对后向散射系数的影响。然而,据我们所知,倾斜效应对海面回波多普勒谱的影响至今为止仍没有被讨论。为了模拟倾斜海面,本文采用了一阶修正拉格朗日模型。通过结合一阶拉格朗日修正模型和小斜率近似方法,本文研究了倾斜效应对海面电磁散射特性的影响。分析指出,倾斜效应对不同波段电磁波的散射系数有着不同的影响效果。虽然对L波段散射系数的影响几乎可以忽略,但倾斜效应会对使多普勒谱产生沿风向的不对称性,本文从海面粒子运动轨迹角度给出了这种现象的合理解释。(3)传统双尺度模型无法计算散射场的相位信息,所以它无法用于海上目标复合散射和回波多普勒谱的研究。本文结合双尺度理论和小斜率近似方法,提出了一个基于场的半确定性面元散射模型(Field-Based Semi-Deterministic Model,FBSDM),推导了小尺度毛细波在局部面元配置角下的解析形式的散射振幅。与传统的双尺度模型不同,这个模型是基于散射场的而不是基于散射系数的模型,这显著地拓展了该模型的应用潜力。为了将海浪非线性对回波特征的影响也考虑在内,利用尖浪模型来仿真非线性海面。通过对比分析多组FBSDM模型的散射系数和多普勒谱的结果,证实了该模型在非镜像区域的有效性。(4)卷浪与海尖峰现象有密切的关联。目前这项研究的难点之一在于如何建立三维卷浪模型。本文所采用的三维卷浪是通过在方位向延拓一维LONGTANK卷浪模型,然后再叠加一个小尺度的粗糙海面得到的。尽管这种方法缺乏流体力学的理论基础支持,但在视觉上模型更加接近真实卷浪,适合用于预研项目。电磁散射场的计算采用迭代物理光学(Iterative Physical Optics,IPO)方法并结合前后向迭代技术来加快数值收敛速度。而IPO方法中的面元遮挡关系则使用OpenGL技术来快速求解。本文分析了卷浪的后向和双站散射截面,并与稳态海面进行了比较。结果显示,卷浪与高极化比现象之间有显著的关联性。