海浪是海面水质点上下起伏形成的一种海面现象,海浪的有效测量对海岸工程建设、海洋资源勘探以及海洋灾害预防都有着重要意义。近年来,随着计算机和电子技术的发展,雷达遥感技术逐步应用到海浪测量领域。微波多普勒雷达基于多普勒原理,通过连续测量各方向水质点的轨道速度和回波强度,利用线性海浪理论获取海浪谱及海浪参数。雷达的测量精度高、天线体积小、环境干扰少,易于实现海浪的全天候实时测量。同时,微波多普勒雷达具有较高的分辨率,能准确反映海面的细节信息,对海洋科学研究也有着重要价值。因此,许多国家都在积极发展微波多普勒雷达海浪测量技术,并将其作为海洋观测体系中的重要组成部分。武汉大学无线电海洋遥感实验室结合我国海洋观测实际需求,自主研制完成了用于探测近距离海洋动力学参数的S波段多普勒测波雷达-MORSE (Microwave Ocean Remote Sensor)系统。本课题的研究正是在此平台下开展的,旨在研究并解决海浪反演中的关键问题,研究并建立微波多普勒雷达海浪反演算法。结合这一研究主旨,本文主要探讨了微波多普勒雷达海态反演技术相关的基本理论、海洋动力学理论、海浪反演算法、海面回波仿真、破碎与目标的干扰剔除等研究内容,从而建立了一套完整的海浪反演算法,并将其运用在MORSE系统中。最后通过海边观测试验的结果分析与对比,验证了反演算法的正确性。根据海浪复合表面散射理论和线性波理论,文章利用三种尺度波浪的相互调制关系以及对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与海面径向速度之间的转换函数,提出了微波多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数反演算法。该算法从海洋回波的多普勒谱中提取径向速度序列,根据海浪速度与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再通过对海浪谱进行谱矩分析获取各类海浪参数。为了初步检验反演算法的正确性,同时加深对微波多普勒机制下海面散射理论的理解,研究了海面回波多普勒谱的建模与仿真。介绍了一种单距离的海浪回波多普勒谱仿真方法,根据海面大、中、小三种尺度波浪对多普勒谱贡献不同的原理,建模并仿真了微波海面回波多普勒谱。在此基础上,根据海浪耗散关系和波浪传播规律将上述单距离的仿真方法予以拓展,研究了多距离元多普勒谱的量化模型,获得了模拟结果。利用反演算法对模拟数据予以处理,通过将反演结果与原始理论值进行对比,初步验证了海浪反演算法的正确性。海面异常回波会影响海浪反演精度。破碎和目标异常回波是微波多普勒雷达海浪反演过程中的两种主要杂波,二者直接影响海面径向速度的测量精度,导致海浪提取误差增大,必须在海浪反演过程中对这两种异常回波予以校正。通过分析破碎和目标异常回波的多普勒谱特征,对破碎异常回波波提出了基于多普勒谱强度、频移和带宽的三级恒虚警检测方法,同时利用时间多普勒谱的频域恒虚警检测实现了舰船目标异常回波的判断。对两种异常回波对应的多普勒速度予以剔除,并根据海浪变化的时间连续性特点,对错误位置予以插值校正,消除了两种异常回波对海浪反演精度的影响。通过对实测数据处理,分别对破碎和目标两种异常回波进行判决并校正后,海浪反演精度均得到了有效提高。最后通过实测结果的分析比对,检验海浪反演算法的可靠性和准确性。该部分利用武汉大学MORSE系统的两次海边观测试验,分别对实测数据进行了海浪反演处理。在第一次试验中,海浪反演结果呈现了较为规律起伏变化特征,分析表明该站点的海浪受到了潮汐的调制作用且调制特征与国外学者研究结果一致,从侧面验证了反演结果的可靠性。第二次试验期间引入了海浪浮标对比,对比结果表明,海浪有效浪高与浮标结果间的相关系数、平均误差和均方根误差均保持在高水平范围；有效浪周期的起伏与浮标也较为一致,虽然相对误差比浪高略偏大,但仍处于较高精度水平。试验结果表明,本文提出的海浪反演算法能够准确获得海浪谱及海浪参数信息,具有良好的海浪反演性能。