随着现代电子技术的快速发展,电磁波已经成为无线通信系统进行信息传递的重要方式。然而,电波在对流层传播时易受到高山丘陵、地表建筑物、粗糙海面以及复杂气象环境等影响,传播特性将发生显著变化,影响无线通信系统的工作性能。因此,结合地理信息对复杂环境下的电磁态势进行分析预测,在雷达远距离目标探测、识别跟踪、提升无线通信系统的性能、实现频谱资源的高效利用以及构建更加完善的无线电环境地图等实际工程应用具有重要意义。电波传播的抛物方程模型源于对波动方程的近似,是一种电波预测的确定性模型。与诸多电波传播预测模型相比,其既能处理媒质的折射效应,也能同时考虑不规则地物带来的绕射效果,可方便地对气象条件、不规则地表环境等进行一体化仿真;结合分步傅里叶变换可以实现快速求解,计算精度和效率都很高,非常适用于区域级复杂环境中的电磁特性预测和分析。本文的研究基于抛物方程模型,对雷达电磁能量进行可视化分析、对海上舰载雷达的覆盖范围进行研究以及对区域级真实城市环境建模及其电波传播特性展开深入研究。本文主要的工作内容如下:第一,详细推导了抛物方程模型。首先对三维直角坐标抛物方程模型进行了详细的推导,得到Feit-Fleck型宽角抛物方程的SSFT求解形式,并介绍了初始场和吸收边界条件的设置。针对传统抛物方程水平剖面近轴传播的限制,对柱坐标系下的前向抛物方程进行了推导和研究。利用抛物方程通解中三角函数的正交性,求解各电波传播模式的激励系数,并结合分步傅里叶变换实现了柱坐标抛物方程的步进迭代算法,通过数值算例,验证该模型的正确性以及方位面上的全向特性。第二,基于柱坐标抛物方程的雷达能量三维可视化及覆盖范围分析。首先,研究了电波能量三维可视化方法,从数字地图中提取计算区域的影像地图和高程地图,将其转换为柱坐标抛物方程对应的网格数据,同时计算出不同剖面处的空间电磁场分布并将其显示在三维真实地理环境下。结合数值算例,表明该方法的有效性。同时,对柱坐标抛物方程的性能进行仿真分析,相较于准三维抛物方程具有更高的计算精度。最后,将其分别应用到复杂地理环境和海洋环境中,对大区域复杂环境下的电磁态势进行仿真预测。在此基础上,对海上舰载雷达的覆盖范围进行了分析。第三,城市环境电磁建模及电波传播特性研究。提出了一种三维实体重建技术与柱坐标抛物方程结合的城市环境电波传播预测方法,从数字地图中提取城市建筑物高程矢量数据,建立立体光刻文件的拓扑数据结构,实现城市建筑群的三维几何模型重构。同时结合聚类算法并利用城市影像信息对地表环境进行分类,对不同类型的地表媒质赋予不同电磁参数,实现真实城市环境下同时包含建筑物信息和地表媒质参数的一体化电磁建模。最后,采用分步傅里叶柱坐标抛物方程法,对三维城市环境中电波的传播特性进行仿真分析。第四,基于TWPE与CPE混合模型的城市环境电波传播研究。针对复杂城市环境中建筑物对电波传播后向散射的影响,在传统三维抛物方程模型的基础上,详细推导了Feit-Fleck型宽角双向抛物方程,对电波的前后向传播进行仿真计算,并将其应用于城市环境电波传播仿真分析中。数值算例表明,该模型可以有效的考虑城区建筑物对电波后向散射带来的影响。在此基础上,将CPE与TWPE方法相结合,通过TWPE的双向传播特性对CPE进行修正,弥补CPE模型无法直接计算双向传播的问题。