全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)除了能提供全球导航定位和授时服务外,地物对其的反射信号(GNSS-Reflectometry,GNSS-R)还被广泛应用于海洋、陆地和冰川等各种对地遥测和遥感技术领域。GNSS-R技术是一项新兴的地球遥感观测技术,具有全天时、全天候、高时空分辨率、低成本等优点。在分析GPS和北斗系统的信号结构及其相关特性的基础上,本文研究了GNSS卫星直射、反射信号的相关函数及时延-多普勒图谱(DDM)生成过程,并对海面风场反演所涉及的海浪谱模型、电磁散射模型等相关数学模型进行了介绍,进而研究了GNSS-R海面风场反演的理论散射功率模型,为基于导航卫星反射信号的海况反演研究奠定了理论基础。GNSS的反射信号相对于其直射信号有一个延迟,这个延迟可以体现到伪随机码(PRN)的码片延迟上。本文通过分析伪随机码的码片延迟进行海面高度测量研究,并结合实测机载数据对高度测量理论模型进行了验证分析。GNSS-R反演海面风速有两种方法:基于实测时延相关功率波形与理论波形相匹配的风速反演方法和基于经验模型的风速反演方法。本文在详细阐述基于波形匹配风速反演方法的原理和算法的基础上,仿真研究了不同风速、风向、卫星高度角和接收机高度对时延相关功率曲线的影响,并基于它们的一一对应性和可逆性,以此验证了基于波形匹配方法反演风速的可行性,结合实测星载数据进行了算法有效性验证。针对经验模型反演风速时存在误差高的问题,将数据拟合能力较强的BP神经网络引入风速反演,结果反演误差得到降低。