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粗糙海面及其与目标的复合电磁散射在海洋通信、雷达预警和目标探测等方面具有广泛的应用前景。本论文针对微波频段下海面与目标复合电磁散射的计算展开了系统研究,对电大复杂目标、粗糙海面以及海面与目标复合电磁散射相关计算方法进行了分析和改进。本论文的具体工作和研究成果包括以下内容:1)在对矩量法(MoM)和多层快速多极子算法(MLFMA)深入研究的基础上,利用MLFMA实现了对自由空间电大导体目标电磁散射特性的分析。为了解决MLFMA分析电大导体目标散射问题的快速求解问题,提出了预修正多层快速多极子方法(PCMLFMA)。该方法利用物理光学方法(PO)得到导体表面的物理光学电流分布,并将其作为预修正电流,通过伽略金方法将物理光学电流生成一个稀疏阻抗矩阵。基于未知电流和预修正电流之间的差别比未知电流本身更接近于零矢量的原理,使用两者的差矢量代替未知矢量以获得更少的迭代步数。数值结果证明PCMLFMA可以减少迭代次数进而显著提高计算效率。2)深入研究了体积分方程(VIE)和体面分方程(VSIE)的相关理论,基于矩量法详细推导了体积分方程矩量法(VIE-MoM)和体面积分方程矩量法(VSIE-MoM)的相关公式和实现过程。为了能够分析复杂目标(介质目标和导体-介质混合目标)的电磁散射,建立体积分矩量法(VIE-MoM)和体面积分方程矩量法(VSIE-MoM)计算模型,并将体积分方程矩量法和体面积分方程矩量法的编程计算结果与商业软件做了对比,验证了本文计算模型的正确性。3)在深入研究图形电磁学(GRECO)相关高频理论和实现过程的基础上,对传统的GRECO进行改进,提出了阴影面修正图形电磁学求解方法(SCGRECO)用于分析(超)电大目标的双站电磁散射特性。该方法基于GRECO计算光照面电流的贡献,并结合电流步进法(CMT)计算阴影面电流的贡献,进而对目标光照面的电磁散射贡献进行补偿,弥补了传统高频方法仅仅计算光照面的电流贡献而导致的误差。数值计算结果表明,SCGRECO大大提高了目标双站电磁散射的计算精度。4)针对粗糙海面电磁散射问题,基于海谱模型和线性叠加理论,完成了随机粗糙海面的建模。利用基尔霍夫近似方法(KA)对粗糙海面电磁散射进行计算,将整个海面划分成许多小平面面元,推导了单个剖分面元上KA的解析解,最终提出了面元化基尔霍夫近似方法(FBKA),突破了蒙特卡洛方法所要求的网格细化要求,对(超)电大尺寸海面电磁散射实现快速计算。数值结果反映出该方法能够在保证计算精度的前提下大大提高介质随机粗糙海面电磁散射的计算效率。5)基于经典的四路径模型,提出了FBKA-MLFMA低频混合算法和FBKA-SCGRECO高频混合算法,两种方法分别实现了对电大二维介质粗糙海面上三维导体目标谐振区和高频区复合电磁散射的快速、准确计算。对于电大粗糙海面的电磁散射,均利用FBKA进行快速计算。对于(超)电大目标电磁散射的计算,前一种模型借助MLFMA将电大目标谐振区散射场的计算复杂度从O(N2)降低到O(Nlog(N));后一种模型通过引入SCGRECO,以较低的计算消耗大大降低了利用GRECO计算(超)电大目标高频区双站电磁散射的计算误差。利用四路径模型计算了目标与海面之间的耦合场,避免了复杂耗时的迭代求解过程。数值结果对比反映出两种混合算法在计算精度和计算效率方面的优势。6)分别提出了修正半空间多层快速多极子方法(CHMLFMA)和面元化基尔霍夫近似-修正半空间多层快速多极子方法混合算法(FBKA-CHMLFMA),用于准确、快速计算介质粗糙海面上目标的散射差场和复合场。根据粗糙海面的电磁散射特性,将平面半空间格林函数空域表达式中的谱域反射系数改进为新型复反射系数,得到粗糙海面半空间问题的修正半空间格林函数。利用该修正半空间格林函数,基于混合势电场积分方程(MPIE),推导出了修正半空间格林函数的广义形式,使修正半空间格林函数适用于粗糙面半空间的矩量法分析。基于该修正半空间格林函数,利用高阶近似方法将多层快速多极子推广至粗糙面半空间,提出了修正半空间多层快速多极子(CHMLFMA),用于准确求解介质粗糙海面上目标的差场。该方法在求解目标差场时执行了准全波仿真,因此比四路径模型更准确;该方法避免了迭代解析-数值混合方法中粗糙海面和目标之间复杂、耗时的外迭代过程;同时,该方法具有仅需要计算目标区域的优势。利用FBKA快速计算粗糙海面的散射场,进而提出了FBKA-CHMLFMA混合算法。数值结果对比反映了本文中两种方法比四路径模型更加精确,而且比半空间矩量法更加高效。