X波段雷达能对海表面成像,利用其高时空变化的海杂波图像,并配合相应的反演算法可以获得高分辨率的海浪、表层流等动力学要素。本文结合中国科学院重大仪器装备研制项目“X波段雷达物理参数测量仪”,研究了X波段雷达提取海浪参数和表面流信息的若干问题。本文简要地回顾了X波段雷达海洋遥感的国内外发展历史及研究现状,并介绍了X波段雷达成像原理和调制机制;在此基础上,深入分析了大入射角下不同极化方式雷达海杂波的回波特性。针对不同极化方式雷达具有的不同成像机制,开发了具有独立知识产权的双极化方式X波段雷达波浪监测系统。研究了X波段雷达海杂波提取波浪参数和海洋表层流信息的反演算法,对岸基条件下的X波段雷达成像进行了仿真,对可能影响浪、流参数反演的各种海洋环境因素和雷达系统噪声进行了分析和讨论,并利用仿真图像进行了海浪和海流反演数值实验,分析了影响反演波浪和表面流参数的关键因素。利用双极化X波段雷达进行了为期半年的海上观测,获得了大量的图像序列资料和同步海浪和海流观测资料,利用上述理论和数值模拟形成的X波段雷达浪、流参数反演方法,对所有成像资料进行反演,并与传统观测仪器实测的数据做了对比和分析,获得了令人满意的效果。其中水平极化测量精度有效波高为0.18m,主波波向为21°,平均周期为0.55s,表面流速为0.15m/s,表面流向为21.1°,垂直极化测量精度有效波高为0.18m,主波波向为15°,平均周期为0.49s,表面流速为0.12m/s,表面流向为19.4°。发现垂直极化方式数据在估算海浪参数和表层流速信息略有优势,并证明该系统具有可靠性和实用性,具有重要的应用价值。另外,提出了基于Radon变换反演波浪参数反演的方法。该方法利用海杂波图像的波浪纹理特征,通过对船载雷达的时序图像执行Radon变换,获取了波向、波速、波长和波周期的波浪参数。基于互相关分析技术消除了Radon变换波向探测的180°模糊现象。利用实例反演结果表明Radon变换算法是可行的,与传统方法相比,不仅能满足反演的精度要求而且计算复杂性也要低很多。最后,基于Windows XP平台和Visual C++编译系统开发了“X波段雷达数据采集及物理海洋参数提取”应用软件系统。