气象、航海、造船、海洋工程等领域,都需要高精度的实时海浪信息。海浪方向谱是重要的海浪信息,某时某地海洋波浪场的统计特征(波高,波长,波周期,波向,波陡等)均可由海浪方向谱计算得到,因此海浪方向谱的获取极为重要。海浪波谱仪是专门为海浪方向谱探测而设计的新型微波传感器,是一种小入射角360°方位向旋转扫描的真实孔径雷达。2018年世界上第一台星载波谱仪SWIM(Surface Wave Investigation and Monitoring)将随中法海洋星发射升空。本文研究了利用机载波谱仪实测数据进行海浪方向谱反演。针对机载情况下入射角范围较大的问题,首先讨论了调制信号的提取方法;然后,鉴于斑点噪声对海浪谱反演性能的重要影响,重点研究了波谱仪海面斑点噪声的形成机理、统计特性和去除方法;从波谱仪实测数据中反演出海浪方向谱,并将反演结果与浮标数据进行了对比验证。本文的另一个主要研究内容是利用波谱仪数据实现海浪斜率反演。海浪斜率是海/气界面基本的物理参数,但目前还缺乏大范围的直接测量手段。波谱仪特有的工作方式,能够获取小入射角下海面随入射角和方位角变化的二维散射数据,使得海浪斜率的遥感成为可能。本文基于准镜像散射近似模型建立了波谱仪海浪斜率反演模型,并通过与小入射角海面精确散射模型——物理光学模型的仿真计算结果对比,确定了斜率反演模型的入射角适用范围。通过非线性最小二乘二维反演方法,从机载波谱仪二维散射数据中提取出准高斯海浪斜率中全部参数,实现了波谱仪海浪二维斜率遥感。