海浪历来是科研工作者重点关注的水文要素之一,准确地提取海浪参数,分离、分类和识别复杂海况中的风浪成分和涌浪成分,有助于更加准确、详细地描述海浪状态,对于海洋科学研究和工程应用等都有重要意义。在众多海洋遥感设备中,微波多普勒雷达具有测波精度高、受外界干扰小、全天候、易便携等诸多优点。此外,微波多普勒雷达还具有较高的分辨率,能够获得海面上的细节信息,因而国际上许多国家都在大力发展微波多普勒雷达的海浪探测技术,并将其作为海洋环境监测网中的重要组成部分。本文以武汉大学无线电海洋遥感实验室自主研发的S波段多普勒雷达——MORSE(Microwave Ocean Remote SEnsor)系统为平台,主要针对雷达在海浪提取中的若干关键技术进行了深入研究,论文各个部分的具体内容如下：首先介绍了微波多普勒雷达海浪探测技术的相关基础,包括雷达原理、海洋动力学理论以及微波与海面的散射机理等三个方面内容。从雷达方程和多普勒角度分析了距离、速度的测量原理；描述了微波雷达海浪遥测技术相关的海洋动力学理论,包括海浪要素、海浪谱和线性波浪理论,以及当前常用的海浪谱模型和方向分布函数；探讨并分析了微波多普勒雷达的海浪散射机制,讨论了Bragg散射以及复合表面散射理论,为后续章节微波雷达的海浪反演算法以及S波段雷达实测数据的研究和分析奠定基础。随后详细介绍了S波段多普勒雷达(MORSE系统)的工作原理和海浪谱反演算法,并给出了由海浪谱提取波高、周期以及波向等参数的方法。研究了MORSE系统的海边比测试验结果及波高误差分析,讨论并分析了波高误差的来源。朱家尖站的比测结果表明风速、风向、雷达布放位置和地形等因素都会对波高的提取造成影响；而遮浪站的比测结果则说明风速较小会引起回波信噪比的偏低,从而会对多普勒频移的估计产生影响,最终影响波高的计算结果。从有效波周期的计算原理出发,探讨了引起有效波周期误差的原因,得出现有的基于峰值周期和负二阶矩周期的计算方法均有局限性,对于雷达实测海浪谱而言,这些方法无法满足有效波周期的精确计算条件。针对该问题,本文提出了一种新的计算有效波周期的方法——“自适应谱重构法”,即根据涌浪谱和风浪谱的特点提出了一个周期判据,可以根据该判据自适应地选择使用JONSWAP谱重构、TMA谱重构或者Gauss谱重构。该方法避免了人为选择重构靶谱的主观性,提高了有效波周期的计算精度。针对混合浪在雷达海浪谱中呈现出的多峰现象,研究了基于无向海浪谱的风涌浪分离算法,包括PM法、波陡函数法和波系统法,分别从理论分析、模拟仿真的角度比较了这三种方法的适用条件和分离性能。通过仿真实验得出：PM法只与风速和PM谱有关,在计算时并没有用到待分离的海浪谱,只是根据一部分海浪数据从经验上得出的,因此缺乏一定的理论依据,在应用方面存在一定的局限性。在波陡函数法中,假定以分离频率为主频的波浪的相速度等于风速,并且风速和波陡函数峰值频率的关系是由充分发展的PM谱推导而来的,但实际海况下的风浪谱常常不是充分发展的,由此会导致分离误差。波系统法在仿真海浪谱中显示出了良好的分离性能,但雷达的实测海浪谱往往没有理论海浪谱平滑,谱曲线上常有较多的波动点(极大或极小值点),在应用中可能会对波浪系统的划分结果造成影响。最后研究了基于有向海浪谱的风涌浪分离技术。本部分将有向海浪谱的风涌浪分离方法分为两个步骤：波浪系统的划分和风涌浪的判定。首先介绍了基于“分水岭”和2D卷积的波浪系统分割技术,用滤波的方法去掉虚假波浪系统(噪声)后,再将距离过近的波浪系统进行融合,最终得到有效的波浪系统。随后用“波龄法”对各波浪系统进行风涌浪判定,即可得到风浪成分和涌浪成分,并对雷达数据进行了处理,得到了遮浪和朱家尖两个站点的风涌浪特征,两个站点的风浪波高与风速均呈现出了较高的相关性。随后提出了一种基于风浪超射特性的有向海浪谱风涌浪分离方法,即“超射法”,与目前广泛使用的“波龄法”作了对比,并用当前学者提出的风浪波高、风浪周期和风速之间的2/3指数律对该方法进行了验证。与“波龄法”相比,“超射法”不需要设定波龄门限,减少了人为选择门限的不确定性,并且“超射法”在实施中只需要提供有向海浪谱即可,不需要风速风向信息,因此适用性将比“波龄法”更加广泛,非常适合S波段多普勒雷达等可以获得高精度有向海浪谱但无法获得精确风速风向信息的测波仪器。