世界上94％的水稻来自于亚洲，水稻产量与人口增长间的相对关系将左右世界粮食市场格局。及时、准确地进行水稻监测、水稻估产，对于国家贸易、粮食安全尤为重要。合成孔径雷达由于其全天时、全天候、高重复覆盖率成像等优势，已成为水稻遥感监测的重要手段之一。水稻微波散射模型是建立雷达观测量与水稻生理结构参数函数关系的方法，普适、准确、稳定、快速的水稻微波散射模型是水稻监测、估产的理论基石。然而，目前的水稻微波散射模型对于有穗期水稻研究稻穗层的研究较少，稻穗模型形态失真较大，限制了微波散射模型在有穗期稻田监测、估产及稻穗参数反演方面的应用。建立精确的稻穗散射模型，将其用于稻田微波散射模型中并利用地面实验数据进行模型验证，是目前应用中亟待解决的问题。本文针对传统稻穗形态结构建模中的不足，提出了两种稻穗散射模型，双圆柱稻穗模型与多球稻穗模型，在传统的基于蒙特卡洛模型的水稻相干微波散射模型的基础上，建立了适用于有穗期的水稻的相干微波散射模型，开展了星地同步实验，地面实验区位于江苏省淮安市，获取了水稻生理结构参数及RADARSAT-2图像数据。最后，利用模型模拟值及SAR图像提取的后向散射系数值对模型进行了精度评价，并利用模型对稻田的散射机理、参数敏感性进行了分析。　　论文的主要研究内容有:　　(1)利用两段圆柱来模拟弯曲稻穗的形态，确定弯曲稻穗分段的最优点，针对分段后的圆柱计算各自的穗倾角及穗长，建立弯曲稻穗的双圆柱稻穗形态模型，利用矩量法评价基于面等效电流与体电流等效的两种无限长圆柱近似的适用性，求解双圆柱稻穗的散射特性，建立双圆柱稻穗散射模型TCE1与TCE2，并模拟其双站散射截面随稻穗方位角的变化。　　(2)引入虚拟植物学领域的稻穗模型，结合实验区及水稻品种得到模型输入参数，建立反映稻穗微观拓扑结构的多球稻穗形态模型，利用多球散射模型计算该稻穗形态模型的散射特性，利用高性能计算平台求解，建立多球稻穗散射模型MSE，并模拟其双站散射截面随稻穗方位角的变化规律。　　(3)在传统的基于蒙特卡洛数值模拟的水稻微波散射模型的基础上，利用实验数据，绘制稻田场景，在茎叶混合层之上添加稻穗层，确定不同稻穗模型的空间位置坐标，重新推导电磁波在各层内传播时的相位变化，建立有穗期的水稻相干微波散射模型MCM3。　　(4)于2012年5月-11月开展星地同步实验，获取了水稻全生长期的生理结构参数与12景RADARSAT-2图像，基于RADARSAT-2图像，利用经典统计量及概率密度分布函数的类型，对MCM3结合不同稻穗模型模拟结果进行精度评价，计算MCM3模拟后向散射系数值与RADARSAT-2提取后向散射系数值的平均绝对偏差、均方根绝对误差及平均相对误差绝对值，绘制MCM3模拟结果的频率分布直方图，利用K-S检验估计其后向散射系数及其转为dB值后的分布类型。比较RADARSAT-2提取值与MCM3模拟结果的分布特征。并利用MCM3结合TCE2的稻田散射模型分析稻田的散射机理，分析后向散射系数对于稻穗形态参数及重量含水量的敏感性。　　论文所取得的创新性成果有:　　(1)首次提出了基于分段圆柱的弯曲稻穗微波散射模型，推导了其后向散射电场的表达式，扩展了微波散射模型对于稻穗形态结构及散射特性的模拟能力。　　(2)引入了虚拟植物学领域的研究成果，首次提出了考虑稻穗微观拓扑结构且细化至穗粒参数的弯曲稻穗微波散射模型，建立了雷达观测量与穗粒参数间的函数关系。　　(3)发展了考虑稻穗层的蒙特卡洛稻田相干微波散射模型，在茎叶混合层之上添加稻穗层，推导了不同散射机理在茎叶混合层及稻穗层内传播时的相位变化，改进后的模型可以有效模拟稻穗层的散射贡献。