高波段(x波段以上)合成孔径雷达(SAR)因高分辨率、对海面微小尺度信息敏感等特点,在海洋内波观测、对水中目标扰动流场观测、油膜检测和反演流场等方面具有巨大应用潜力。高波段雷达海面散射机理作为分析高波段SAR海洋图像和提取海洋信息的基础,长久以来是学界研究热点。　　 本论文总结了现有海面散射机理和实验成果,参与设计了在风浪水槽的微波观测实验。从高波段雷达信号的多普勒谱异常和受流场调制异常这两个问题出发,基于风浪水槽和温度分层水槽的实验数据,研究高波段雷达散射机理和调制机理。本文的主要创新性研究成果如下:　　 针对高波段雷达信号的多普勒谱中出现“快分量”问题,本文在受限波和自由波组合表面模型(BF)基础上,提出一种适用于中等入射角情况下的,受限波与自由波的多普勒谱宽的理论预测模型。模型中假设自由波和受限波的多普勒谱服从高斯分布,同时考虑了一部分中尺度波的非线性运动。对于不同波段,研究发现Bragg波相对主波长愈小(波段愈高),愈容易产生受限波,水槽实验实测谱宽与理论模型吻合程度愈高。　　 针对Hennings测量松弛率时未考虑受限波的问题,本文在其方法的基础上发展了一种实验室中测量自由波和受限波松弛率的方法。该方法对多普勒谱进行高斯曲线拟合,区分自由波和受限波的散射贡献从而获得它们的散射系数,然后根据一阶近似下的波流调制模型计算得到自由波和受限波的松弛率。利用水槽实验测定C、X和Ku波段受限波和自由波在风和流同向情况下的经验松弛率分布。基于该松弛率分布,建立了受限波和自由波散射分量受流场的调制传递函数。　　 本文基于大量实验数据,精确测量高波段雷达的Bragg波(500～1500rad/m)受流场调制的调制系数,证明了高波段雷达在监测海面扰动流场上的潜力。特别是在中等风速下,最大实测调制系数大于2.5dB,该数值大于经典波流调制模型的预测值。　　 针对传统内波散射模型基于海面统计服从高斯分布的假设对高波段雷达不成立,本文在IEM模型基础上,提出了考虑海面双频谱(三阶统计量)散射分量的雷达信号受内波调制的传递函数。通过水槽实验统计和理论仿真,发现正是由于海面双频谱散射分量的存在,才造成Ka波段调制系数大于X波段。为进一步解决高波段雷达信号受流场调制的理论与实测不吻合问题,提供了一个很好的思路。