海面的电磁散射研究在海洋遥感、海洋环境监测和目标识别领域具有重要的应用价值。当风速变大的时,雷达实测数据中往往会出现海尖峰、高极化比和大多普勒频移的超级散射现象,如何描述和解释这些散射现象是一个热点和难点。事实上,海浪非线性和波浪破碎被认为是引起这些超级散射现象的主要原因。然而,有关海浪非线性和碎浪的电磁散射研究存在一些困难：一是海浪的运动十分复杂,加上风力和大气等不确定的外力影响,使得海浪的变化具有很大的随机性和非线性；二是随着风速的增大,海面波浪会变得很陡峭,并产生破碎,破碎后会产生泡沫、水滴和湍流,这些都难以用现有的数学模型进行很好地描述；三是通常的电磁散射方法不能很好地处理碎浪复杂结构的散射问题,也很难体现超级散射现象。为此,本文针对海浪的非线性和波浪破碎的电磁散射开展研究。论文的工作主要包括以下几个方面：1.基于拉格朗日模型,提出了一个具有水平偏移和垂直偏移的非线性分形海面模型。运用二阶小斜率近似方法计算了该非线性模型的电磁散射特性。计算的结果在散射系数和多普勒谱上都能体现非线性的价值。并针对该模型,讨论了水平偏移和垂直偏移对散射结果的影响。2.根据斜率判据和实测的碎浪覆盖率模型,在模拟的海面上,得到了一个半随机的海浪破碎点分布。在该破碎点分布的基础上,引入中等尺度碎浪模型来近似等效海面上的碎浪。将不同尺度的碎浪模型随机的分布在这些破碎点处,以此来考虑碎浪对海面的散射贡献。分析计算了碎浪模型对海面后向散射系数及多普勒谱的影响。3.通过考虑碎浪覆盖率模型,并将不同尺度的碎浪模型散射进行统计平均,得到了考虑碎浪修正的海面散射系数统计模型。以此为基础,将考虑碎浪的海面散射系数分布用于SAR成像,得到了考虑碎浪的海面SAR成像模型。4.运用商业软件FLUENT模拟了不同尺度的碎浪,得到了不同时刻的碎浪模型。并将得到的波浪模型与电磁散射联系起来,运用矩量法分析了这些碎浪模型的电磁散射特性。得到的结果能够体现一些海尖峰和高极化比的异常散射特征。5.运用FLUENT模拟了波浪破碎后的湍流结构,得到了不同时期的湍流。并运用矩量法,分析了其散射特性。之后模拟了螺旋桨转动产生的湍流,得到了不同转动速度产生的不同强度的湍流。同样运用矩量法,分析了湍流的散射特性。本文对海面的非线性、波浪破碎的近似模型和数值模型都进行了相关研究。得到的半经验碎浪模型可以作为建立复杂海面电磁散射模型的基础,模拟的波浪破碎及湍流的电磁散射结果也都可以为解释海面的异常散射提供参考。