随着各国海洋开发意识的不断增强以及我国“智慧海洋”国家战略目标的快速推进,海上用频设备的使用数量和种类急剧增加。由于海洋环境的复杂性与特殊性较高,使得海上电磁频谱资源的有效利用和管控变得十分困难。研究海上电磁频谱感知与预测方法对于探索复杂海洋环境下的海上电磁波传播特性、逐步建立海上电磁频谱资源空间分布模型、提出海上电磁频谱资源有效管理新方法等具有重要意义。本文基于海上分布式电磁频谱检测网络,从协同能量检测、相位估计和射频I/Q数据分布的多维度信号特征角度研究海上电磁频谱感知方法,并结合计算电磁学方法研究海上电磁频谱分布预测模型。论文的主要研究内容如下:针对海上不同目标频段背景噪声差异性较大的特点,结合海上分布式电磁频谱检测方法提出了频率域前向差值算法计算海上背景噪声包络,估计自适应阈值曲线（Adaptive Threshold Curve,ATC）,保证在较低错检概率(P_fa)的基础上,降低弱信号的漏检概率（_mP）。研究信号源测向误差在分布式协同差值能量检测方法中的影响,相比较平均差值能量检测（Mean Difference Energy Detection,MD-ED）方法,权重差值能量检测（Weight Difference Energy Detection,WD-ED）方法具有更高的检测性能,能够有效抑制误差突变。随着协同检测节点数量的增加,协同检测结果能够快速地收敛至0.5dBm以内。检测区域越大,初始_mP越大。在38 km×38 km的检测区域中,当检测节点的数量达到30个时,系统的协同_mP能够快速地下降至3%以内。针对海上接收信号强度波动剧烈导致P_fa和_mP较高的问题,结合海上电磁频谱特性研究低信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）环境下的海上弱信号相位估计方法;提出了添加窗口极值（Add Window Extremes,AWE）方法计算相位波形的包络,再次使用AWE方法计算相位极值,估计信号的相位周期。结合四分位间距和相位极值范围分布评估相位包络,提出了以样本相位分位数中值小于0.4 rad或四分位间距大于0 rad作为噪声的判决条件,提高了弱SNR环境下的信号和噪声辨识能力,提高了海上电磁频谱的检测概率（_dP）。针对无线信号在海上传播过程中的幅度和相位特征损耗大检测困难的问题,提出了将射频I/Q信号特征提取方法应用于海上电磁频谱感知;结合射频I/Q分量权重极值和分位数范围研究信号与噪声的边界阈值估计;I/Q分量权重极值方法的0dB SNR弱信号的检测概率可以达到95%以上,具有相对更高的灵敏度,具有更大的有效检测范围。计算二维I/Q分量矩阵中相邻分量的梯度,获得二维梯度矩阵作为调制信号识别的类别矩阵;以样本二维梯度矩阵与类别矩阵的最小梯度累计距离（Gradient Cumulative Distance,GCD）的类别判决为调制信号识别结果;调整模型权重参数之后的总体调制类别识别率提高到了82.75%。以信号特征检测方法替代离散点频谱能量检测方法,提高了海上电磁频谱感知效率,对海上电磁频谱分布预测研究具有重要意义。结合海浪谱模型和天线姿态,提出了基于射线追踪法的海上电磁频谱分布预测模型;将在海上传播的电磁波划分为视距射线（Sight Line Ray,SLR）传播和反射射线（Reflecting Line Ray,RLR）传播;根据海浪谱模型具体描述粗糙海面高度变化,结合信号源位置估计粗糙海面的有效反射面,基于射线追踪法精确估计海上信号源的有效射线分布;以天线姿态和天线方向图描述信号源处向外各个方向辐射的射线初始能量分布,根据射线分布模型、发射功率、海面反射系数等参数,计算海上电磁频谱空间分布;考虑大尺度空间中地球曲率和大气折射率的影响,修正了有效射线分布,提高了海上电磁频谱空间分布的预测精度。根据以上的研究内容设计相应的实验与仿真。测试结果表明,海上分布式电磁频谱检测系统十分适合于复杂海洋环境;结合协同能量检测、相位估计、射频I/Q分布的多维度信号特征提取与分析方法,提高了海上弱信号检测能力和电磁频谱感知能力;结合海浪谱和天线姿态,基于射线追踪法的预测模型能够精确估计大尺度的海上电磁频谱空间分布。