基于基尔霍夫近似方法,构建了穆勒矩阵全角度分布的数值计算模型,实现了对于金属和电介质随机粗糙表面穆勒矩阵的计算。结果表明,金属和电介质表面穆勒矩阵分布具有明显的差异,金属表面穆勒矩阵中6个元素不为0,电介质表面穆勒矩阵中6个元素均接近于0,并且该差异与材料粗糙程度无关。这种差异可以作为区分金属和电介质的判据,为探索新型的目标探测与识别手段提供了思路。

为了研究随机粗糙表面光散射分布特性机理,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,以基尔霍夫近似作为电磁场边界条件,采用蒙特卡罗方法数值计算了一组金属和一组电介质粗糙表面在S偏振光和P偏振光照射下的散射光强度空间分布。计算结果显示:金属表面与电介质表面的散射光分布宽度、散射峰值、散射峰位置三个散射特征存在显著差异,经过分析发现这种特征差异的产生机理是由表面面元的斜率分布和面元反射率共同因素导致,与数值计算结果对比,二者具有良好的一致性。

应用蒙特卡罗方法实现了粗糙海面的仿真与模拟，建立了基于双积分方程的高功率微波（HPM）近海面传输特性矩量法计算模型。模型采用光滑窗函数对均匀平面波进行调制，把均匀平面波入射调制为锥形波，消除了粗糙海面突然被截断而引起的边缘效应的影响；重新推导了锥形波入射下的基尔霍夫近似公式，并在满足基尔霍夫近似的条件下，通过对比分析，验证了模型的正确性；采用模型计算分析了不同海面几何参数和海水媒质参数对HPM近海面传输系数的影响。结果表明：粗糙海面的均方根高度对HPM传输系数影响明显，均方根高度越大，传输系数越小，能量分布越均匀；另外随着海水介电常数实部和虚部的增加，传输系数均有所增加，并且实部的影响更明显。

针对激光点对点通信方式的不足，根据舰艇编队通信的实际需要，提出了利用海面作为激光漫反射媒介的一对多的组网通信方法，并且采用基尔霍夫近似的方法对激光海面漫反射通信的特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析计算，采用遮蔽函数对计算过程中的阴影效应加以修正，得出了较为准确的2维激光海面双站散射系数和后向散射系数，并进行了实验验证，说明了激光海面漫反射组网通信方法的可行性。

为了研究电介质随机表面散射特性的物理产生机制，采用基于Kirchhoff近似的Monte-Carlo方法进行了数值计算，得到了一组不同粗糙程度的电介质随机表面在s线偏振光入射时的散射光强度空间分布。所有表面自相关长度相同。结果表明,随均方根高度的增加,散射光强度空间分布呈现峰值衰减、展宽和向后向移动的特征。对这些散射特征进行分析可知，这些散射特征产生的主要因素是本地面元的斜率分布和本地反射率，它们共同影响了散射光强度分布曲线的轮廓特征。这一结果对其它情形下的粗糙表面散射特征产生机制的研究有一定参考价值。

利用2维Weierstrass带限函数建立了模拟粗糙海面形状的模型，讨论了分形维数、频率幅度尺度因子等分形参数对海面形状的影响。以粗糙海面形状模型为基础，针对模拟的分形海面形状，从亥姆霍兹积分出发，利用基尔霍夫近似推导出2维分形海面的电磁散射系数，并进行了数值模拟。对微波电磁散射特性随分形维数、频率幅度尺度因子、入射波入射角变化的规律做了进一步讨论分析。在低掠射角时电波会受海面的遮挡，用遮挡函数对散射系数进行修正。研究表明：随着分形维数的增大，散射峰分布变均匀。频率幅度尺度因子越大，散射也越分散。随着入射角的增大，后向散射也逐渐增强，而前向散射逐渐减弱。

首先根据JONSWAP海面功率谱模型数值模拟出二维粗糙海面,采用几何光学近似与基尔霍夫(Kirchhoff)标量近似计算了二维海面的光散射,计算中将每一面元看成一具有微粗糙度的粗糙面而不是近似地当作平面,并利用投影法与射线追踪法数值计算了一定入射角和散射角下的遮挡函数,有效地提高了海面光散射计算的精确性.最后利用太阳光的光谱辐照度数值模拟了海面的3 μm～5 μm红外散射图像,对于红外探测器抑制海面反射太阳光造成的亮带干扰具有一定的参考价值.