党的十八大以来,国家对于海洋资源开发的重视程度达到了前所未有的高度,对应的海洋环境监测需求也日益增加,各种海洋环境监测手段已覆盖我国几乎大部分海域,浮标监测是应用最广泛的海洋环境监测方法。但我国渤海与北黄海为季节性结冰海域,常规海洋监测浮标在冬季极易受到海冰损毁,无法在该海域持续安全运行,造成监测数据序列严重缺失,极大阻碍了海洋事业发展,因此亟需开展小型海洋监测浮标抗冰设计研究工作,有效保障海洋环境监测数据序列的时空连续性。首先,本文通过调研国内外小型浮标发展情况及结构特征,总结常规海洋监测浮标在季节性结冰海域的失效模式;借鉴寒区一般海洋结构物的抗冰设计方法,结合浮体静力学与冰力学相关知识,提出了基于储备浮力的抗冰浮标结构及系泊系统设计理论;分析不同参数（最大直径、侧壁角度、系泊长度等）对浮标抗冰性能的影响,计算发现增大最大直径和侧壁角度以及适当增长系泊长度,可有效提高浮标结构的抗冰能力;利用Maxsurf软件与AQWA软件对本文提出的抗冰浮标结构进行安全校核,保证了其满足常规浮标在正常浮态下的各种性能。其次,为了揭示海冰与小型浮体结构相互作用过程,明确抗冰浮标冰载荷动态特性,本文设计并开展原型试验。试验的海洋监测浮标系统具备常规浮标最基本的功能,为了获取冰-标相互作用信息,安装GPS定位、标体倾角及加速度传感器,历经76天将浮标打捞上岸。期间,抗冰浮标承受强烈风浪、严重海冰等恶劣海洋环境,成功采集并有效实时回传相关数据。基于大量实测数据分析,明确了浮标破冰时的姿态变化规律及海冰破坏过程,提出小型浮体的冰力时程简化模型,进一步得到冰力作用时间系数与破冰周期的函数拟合关系,为海冰作用下浮标动态响应数值模拟提供理论基础。最后,基于数值模拟分析了抗冰浮标的动力响应特征,并结合实测数据加以验证。利用AQWA软件模拟了浮标在常规风浪流作用下的横摇运动响应,模拟结果与实测数据可以较好吻合;基于建立的小型浮体动冰载荷模型,对浮标在特征冰况下破冰过程的动态响应进行数值模拟并与实测值对比,发现二者总体规律大致相似,并分析了差异产生的原因。模拟比较了浮标在常规波浪与海冰环境下系泊系统的最大系泊张力,明确其受力特征,为小型抗冰浮体的系泊系统设计提供参考。本文采取理论分析、原型试验、数值仿真的方法,对小型浮体结构的抗冰设计理论体系进行了探索性研究,不仅可以推动海洋环境监测事业的发展,还可为极地中小型浮式抗冰装备的设计应用提供理论支持。