对三维随机粗糙面电磁散射的仿真在地球科学和微波遥感领域正扮演着越来越重要的角色。随着计算机科学和计算电磁学快速算法的发展,对随机粗糙面散射的数值仿真已经能够允许我们克服解析近似模型的局限性对麦克斯韦方程组进行数值求解。矩量法是计算电磁学的一种重要算法,它将连续方程通过基函数进行离散化为代数方程再使用计算机进行求解。但由于矩量法具有O(N2)的计算复杂度,当求解目标的尺寸变大时,求解的计算开销也会变得非常巨大。多层UV分解(MLUV)算法具有独立于核函数,并且基于对矩量法矩阵子矩阵的直接因式分解,较为容易实现等优点,同时又有相当多的论文可以证明其能够有效并且准确地应用于粗糙面散射的仿真。因此,对多层UV分解(MLUV)进行研究并在此基础上对其进行改进有着很大的理论意义和应用前景。本文首先简要介绍了三维随机粗糙面电磁散射的研究背景、研究意义以及国内外的研究现状；其次,介绍了对三维随机粗糙面的建模以及表面积分方程即PMCHWT积分公式的推导；第三章详细介绍了矩量法的公式推导与多层UV分解(MLUV)算法的具体步骤,并且将MLUV算法的计算结果与矩量法结果进行了对比；第四章提出了一种应用于多层UV分解的新的基于patch-pair斜率的采样算法来替代原方法中的粗粗采样(Coarse-Coarse-Sampling),并且将应用了新采样算法的MLUV算法与旧算法和矩量法的计算结果进行了对比,证明了新的采样算法能够显著提高由K算子得到的子矩阵Zk的准确性；第五章的主要内容是对MLUV算法并行化的研究,首先讨论了Open MP与MPI这两种并行方法的优劣,然后针对实验室现有情况使用Open MP对MLUV算法的并行化进行了理论研究,最后对其进行实现并得出了数值结果,验证了并行化对MLUV算法性能的提高。最后总结了所做的工作并且提出了进一步的展望。