随机粗糙面的散射特性研究是微波遥感中对地面和海面进行参数反演的重要基础。本文主要研究以粗糙度和宏观介电常数为主要参数的随机粗糙面后向散射特性,主要研究分为四部分:(1)利用带限Weierstrass-Mandelbrot分形函数建立随机粗糙面模型,并对该模型的参数进行定量分析,在分形参数与随机粗糙面的统计参数之间建立联系。通过调整输入的分形参数,得到了不同粗糙度(均方根高度和相关长度)的随机粗糙面。最后对该方法进行了误差分析,证明了分形理论方法建立随机粗糙面的有效性。(2)将随机粗糙面构造成为有穿透深度的土壤模型,在电磁数值仿真软件中进行仿真计算。采用FEKO和EMPIRE两种电磁仿真软件,分别利用多层快速多极子算法和时域有限差分算法。当入射角逐渐变大,粗糙面边缘的人为绕射变得越来越不能被忽略。在FEKO中建立锥形波模型,使得粗糙面上的电场强度呈现中间强、边缘弱的情况,有效避免了边缘绕射。在EMPIRE中,通过设置完全匹配层边界条件,将粗糙面侧面的反射波以及向下的透射波吸收。对不同系统参数和随机粗糙面参数的粗糙面进行数值仿真,将散射结果与AIEM模型结果进行对比。(3)将带限分形函数拆分成一系列不同周期的三角函数叠加的形式。利用扩展边界条件法对分形粗糙面进行散射计算,得到总散射场。接着对每个三角函数分量产生的曲面应用扩展边界条件法,得到每个曲面的散射结果。将每个分量的散射结果进行矢量叠加。将叠加后的散射场结果与上述总散射场进行对比,发现有一定的一致性,通过此方法可以简化散射场的解析计算。最后通过FDTD的数值计算结果进行辅助验证。(4)介电常数作为地物的重要属性,影响着土壤粗糙面的散射特性。收集并处理实验所需要的材料(纯水、干土、河沙、木炭粉末),按一定体积比或质量比进行混合。对同轴探针法和波导法进行研究,对矢量网络分析仪系统进行校准后,对混合物质进行测量。对实验原始数据进行处理得到实验结果,最后用函数拟合的方式建立两相混合物质宏观介电常数模型。