随着北极航道的开发和利用,北极水声学成为了北极研究的热点问题。北极大部分地区被天然形成的冰层覆盖,会对水中传播的声波产生影响,因此研究北极冰层的三维声散射特性,对于冰下声场建模以及冰下声通信具有重要意义。针对起伏冰面的声散射问题,本文从研究起伏表面二维声散射特性出发,利用Kirchhoff近似方法计算了一维起伏表面的散射强度,并与利用积分方程方法计算得到的数值结果进行对比,验证了Kirchhoff近似方法研究起伏表面声散射问题的有效性。由于北极冰层下表面为二维起伏表面,本文首先基于Kirchhoff近似方法建立了起伏冰面三维声散射的解析模型,在模型中引入起伏冰面局部统计平均反射系数的概念,推导出了起伏冰面散射强度的解析表达式,分析了起伏冰面在不同表面参数以及声波入射角度时的散射特性。其次基于Kirchhoff近似方法建立了起伏冰面三维声散射的数值模型,利用板块元方法计算了起伏冰面的散射强度,并与解析模型计算结果进行对比,分析了起伏冰面粗糙度对模型计算结果的影响。最后在实验室水箱中进行起伏冰面散射强度的测量实验,分别测量了不同声波入射角时,在空间不同位置的起伏冰面散射强度,并与解析模型和数值模型的计算结果进行对比。实验结果表明:当声波入射角度为0°和15°时,实验实测结果与理论模型计算结果之间的误差较小,证明了声波小角度入射时理论模型的有效性;当声波入射角度为30°时,实验实测结果与数值模型的计算结果误差较小,与解析模型计算结果误差较大,证明了声波大角度入射时解析模型存在的缺点。