海面风场是重要的海洋动力环境参数之一，对航行、旅游、国防、海洋资源开发等都有重要影响，具有较高的监测价值。海洋动力环境X波段雷达监测系统是一种新型的海洋环境监测系统，它具有体积小、移动便捷、分辨率高等特点，在许多领域都得到了广泛的应用，监测海面风场便是其中之一。海面风场经过海表面时，海表面产生粗糙，从而对X波段雷达回波信号产生影响，导致在X波段雷达图像中存在海面风场信息。利用X波段雷达图像反演海面风场的研究工作已经开展，光流算法就是反演方法之一，虽然光流算法的反演效果仍不够理想，但由于不需要校正雷达相位，操作方便，适合业务化应用等原因，光流算法仍具有较高的研究价值，因此，本文对光流算法进行改进具有重要研究意义。本文首先对光流算法的原理和光流算法反演海面风场的实现流程进行了阐述，并对流程中每一步的操作目的进行了说明。以光流算法反演海面风场方面的现有成果为基础，从频散关系滤波和光流方程求解方法两个方面对光流算法进行了改进，其中频散关系滤波又包含有频散关系的改进和海流稳定性的提高。具体而言：第一，同时考虑基波和高阶次波的频散关系对雷达信号进行滤波，通过新的带通滤波器去除图像谱中海浪信号；在计算海流时对海流反演算法进行改进，并创造性地引入了贝叶斯方法，同时考虑经验信息和数据样本信息，提高了海流反演的稳定性和精确度，进而再次提高频散滤波效果；第二，针对现有Lucas-Kanade局部法求解光流方程的局限性，引入求解光流方程的Horn—Sehunek全局平滑约束技术等模型，并且提出了将局部法和全局法结合起来的综合模型，提高了模型的适用性和稳定性。最后，结合滨海X波段雷达图像数据、龙口X波段雷达图像数据、风速计数据、波向数据等对改进光流算法进行了验证，结果表明改进算法的反演效果在集中度、稳定性、精确度等方面都优于原算法，因此，本文对原光流算法的改进具有一定的研究价值。