海上对流层波导是一种发生在海上低空对流层大气中的异常负梯度折射率结构，该结构能够使得电磁波在传播过程中向下弯曲，曲率大于地球表面的曲率，从而被陷获在一定厚度的大气层结内发生对流层波导传播。这种异常传播机制对工作在海洋大气环境中的雷达、移动通信等无线电系统的性能具有严重的影响。提前感知对流层波导环境，就可以采取相应的手段对波导陷获结构产生的影响进行补偿和修正，还可以利用对流层波导中的异常传播现象来实现雷达系统对低空突防目标的超视距探测等。因此，对海上对流层波导特征参数的实时探测反演具有重要意义。本文首先研究了实际粗糙海面上对流层波导环境中雷达波和低仰角GPS信号的传播特性，然后在此基础上系统地研究了基于雷达海杂波和GPS海面散射信号的海上对流层波导反演方法。主要的研究内容及取得的研究成果如下：1、系统阐述了海上对流层波导陷获结构形成的机理、分类以及区域分布特性，分析了电磁波在海上对流层波导环境中的传播机理以及能够形成波导传播的条件；详细描述了计算海上对流层波导环境中电波传播的抛物方程(PE)理论和射线描迹理论，并使用这两种理论方法分析了雷达波和GPS海面散射信号在海上对流层波导环境中的传播特性和陷获特性。2、对粗糙海面上包含与不包含岛屿不规则地形两种情况下对流层波导环境中的电磁波传播进行了建模，分析了海面粗糙度以及海岛尺度对雷达波传播特性的影响；计算了水平非均匀对流层波导环境中的电波传播特性并与水平均匀情况进行了比较分析；提出了一种新的球形、粗糙、阻抗海面上低仰角GPS信号传播的PE初始场模型，对该类海面边界条件情况下对流层波导环境中的低仰角GPS信号传播特性进行了建模。3、在对海上对流层波导环境中的雷达海杂波传播进行正演模拟的基础上，详细给出了海上对流层波导的雷达海杂波反演模型；提出了一种新的具有更高的蒸发波导剖面匹配性能与反演性能的四参数蒸发波导修正折射率剖面模型；为了获得对流层波导反演的不确定性统计信息，建立了波导参数的贝叶斯反演模型，计算了波导参数的一维与多维后验边缘概率密度，实现了海上对流层波导反演的不确定性统计估计。4、分析讨论了影响雷达海杂波反演海上对流层波导精度的影响因素，在此基础上提出了两个提高对流层波导反演性能的方法：(1)提出了一种用于对流层波导雷达海杂波反演的自适应目标函数模型，该模型针对不同的雷达系统参数对不同距离处的实测雷达海杂波功率给予目标函数的贡献进行加权，从而提高对流层波导的反演精度；(2)提出了基于变天线高度雷达海杂波的杂波功率增量图匹配法用于海上对流层波导反演。此外，建立了用于海上对流层波导反演的雷达参数优劣定量评判模型，分析了用于我国周边海域对流层波导反演的最佳雷达系统参数。5、使用主分量分析方法对水平非均匀对流层波导剖面进行了建模，在此基础上，建立了水平非均匀对流层波导的雷达海杂波反演模型；提出了一种含区域对流层波导历史数值预报先验信息的对流层波导参数的贝叶斯后验概率估计模型，实现了区域性非均匀对流层波导的反演，并且通过耦合进历史数值预报先验信息，提高了反演的精度。6、计算并分析了低仰角GPS信号的海面散射特性，在此基础上对GPS海面散射信号在对流层波导环境中的传播进行了建模，并提出了一种基于低仰角GPS海面散射信号的对流层波导多仰角被动反演模型，实现了局部区域非均匀对流层波导的被动式探测反演。