全球三维风场信息对所有尺度和所有纬度的天气预报都至关重要,它是理解预测天气和气候的重要依据之一。搭载在极轨卫星上的多普勒云雨雷达以其独特的对地观测视角和快速的绕地飞行速度,使得全球三维风场信息的获取成为可能。本文在充分调研国内外星载雷达发展及多普勒雷达风场反演方法的基础上,从反演风场的基本条件出发,针对星载平台下获取大气风场所面临的问题和挑战,系统地开展了星载多普勒云雨雷达风场反演方法的研究。论文主要的研究内容和创新点总结如下:（1）从影响多普勒天气雷达谱参数估计精度的因素出发,结合星载云雨雷达方程、系统信噪比、星载平台下气象目标特性、雷达自身固有约束等方面的研究,设计了适合于星载云雨雷达测量径向速度的系统关键参数。主要包括星载多普勒云雨雷达的中心频率、发射机峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复频率的选择等。对比分析了星载平台下各方法的速度估计精度发现:当信噪比较小时,速度估计精度受信噪比影响都较大,随着信噪比的增加,估计误差近似成指数递减,脉冲对处理（Pulse Pair Processing,PPP）方法优于基于傅里叶变换的频域估计方法;当误差递减到一定阈值后,随着信噪比的增加,估计误差均趋于平稳;当信噪比大于5 d B,相干积累点数大于32时,速度估计误差均小于1 m/s;随着相干积累点数的增加,两种方法的估计精度也增加;在信噪比相同的情况下,Ka波段较Ku波段能提供更为精确的多普勒速度估计;多极化脉冲对法（Polarization Diversity Pulse Pair,PDPP）法对径向速度进行估计可以克服多普勒两难,但速度估计性能有所降低,精度不及PPP方法,通过改变极化脉冲时间间隔HV可以改善PDPP的估计性能,HV的范围在10 us至80 us之间。（2）系统地分析了星载平台顺轨扫描、交轨扫描、圆锥扫描策略下三维风场分量对雷达径向速度的贡献,并深入分析和对比了各扫描策略风场反演能力:顺轨扫描仅能获取二维面数据,交轨扫描和圆锥扫描可以获取三维立体数据;圆锥扫描具有最佳的观测幅宽,顺轨扫描的观测幅宽最小;运用单部多普勒雷达,在垂直下视的顺轨扫描策略下可反演得到较准确的风场垂直分量,在圆锥扫描策略下理论上可实现风场三维分量的反演;运用多波束多普勒雷达系统,在顺轨和圆锥扫描策略下可反演风场三维分量;方位为零的交轨扫描除了在下视角为零时可获得风场垂直分量外,其它情况下不能反演风场分量。（3）提出基于速度方位显示（Velocity Azimuth Display,VAD）的星载多普勒雷达风场反演方法,建立空间几何观测模型;在分析并推导星载平台下VAD风场反演过程中,发现在星载圆锥扫描下雷达径向速度引入了方位角度与其一级谐波的乘积项,并进一步推导求解了该乘积项的系数;分别基于模拟风场数据和高空风雨廓线机载雷达（High-Altitude Wind and Rain Airborne Profiler,HIWRAP）实测数据对VAD在星载平台下的风场反演性能进行了验证,获得了垂直分辨率较高的平均水平风场信息。（4）设计了双波束星载雷达风场反演的观测几何模型,以双波束观测时空误差最小为约束,优化并确定了系统关键的扫描参数,实现了大部分方位角度下两波束对同一地区较好的覆盖;推导并求解了双波束星载雷达风场反演方程,对模拟的台风风场反演结果在信噪比较低时误差较大,但其轮廓仍大致保持了原台风风场形状,在信噪比高于20 d B时,,,的反演均方根误差分别小于2.03 m/s,2.01 m/s和0.48 m/s;由于HIWRAP雷达两波束的下视角差异较大,应用本文设计的双波束风场反演方法,Ku和Ka波段波束在飞机飞行方向上反演的风场相对均方根误差分别为174%和135%。（5）推导了三波束风场反演的观测约束方程,得到优化的系统关键的扫描参数,分析三波束观测足迹的距离误差证实了所设计扫描参数的有效性。利用最小二乘法的思想求解了三波束风场反演方程,应用模拟产生的台风三维风场数据对该方法进行验证,结果表明:在信噪比为20 d B以上时,风场反演的精度较高,,,的反演均方根误差分别小于0.486 m/s,0.742 m/s和0.265 m/s;在降雨率较小的情况下,反演误差最大不超过5%,随着降雨率的增大,反演误差越来越小,当降雨率达18mm hr-1以上时,误差低于1%。