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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是全球范围内持续观测海浪的唯一途径。然而，SAR对海浪的观测容易受到斑点噪声，方位向高波数截断，以及海浪传播方向180°模糊的限制。SAR海浪谱反演的交叉谱方法可以有效减少斑点噪声并消除海浪传播方向的180°模糊，并且，交叉谱方法不依赖初猜海浪谱。然而，从海浪谱到SAR图像交叉谱的非线性变换非常复杂，这给海浪谱反演带来了分析和计算上的困难。
本文旨在建立一种基于交叉谱方法的简单、实用的海浪谱反演方法。本文的反演方法引入海浪谱非负的约束条件，合理选择代价函数中的权重函数，以拟线性变换代替非线性变换计算反演中的迭代方向。反演过程中迭代方向的选择非常重要，将影响到反演的效率和最终结果。在最速下降法中，迭代方向是通过将代价函数对当前海浪谱求偏导得到的。然而，由于海浪谱到SAR图像交叉谱非线性变换的复杂性，求代价函数对海浪谱的偏导不管从分析卜还是计算上都十分困难。本文将说明，通过引入海浪谱非负约束条件以及合理选择代价函数中的权重函数，计算迭代方向时使用拟线性变换将在保证反演结果正确性的基础上使反演过程快速、稳定地收敛到最优海浪谱。
围绕海浪谱反演这一中心，本文主要做了以下方面的研究工作：海浪的SAR仿真，SAR海浪谱反演，海浪谱反演的实例研究，以及反演参数的统计分析。
具体内容如下：
1、海浪的SAR仿真。海浪的SAR仿真是指从海浪方向谱通过SAR的成像作用变换到SAR图像交叉谱。海浪的SAR仿真是海浪谱反演的基础，通过仿真可以了解SAR对海浪的成像特点，研究SAR图像交叉谱对海浪参数和SAR参数的依赖关系，从而为海浪谱反演建立基础、提供依据。
2、SAR海浪谱反演。反演通过逐步减小代价函数对海浪谱进行迭代估计，代价函数是估计交叉谱与实际观测交叉谱差别的度量。本文建立了一种基于前述拟线性变换的海浪谱反演方法，在充分利用海浪谱非负的约束条件以及合理选择代价函数中权重函数的情况下，以拟线性变换代替非线性变换简化反演中求迭代方向的计算。在前述条件下，该简化并不会影响反演的收敛性，相反，反演过程将快速、稳定地收敛到最优海浪谱。
3、研究不同海面状况下的海浪谱反演实例，分别为纯风浪情况、纯涌浪情况以及风浪与涌浪并存的情况。在这三种情况下，反演结果与浮标都符合的较好，这也说明了本文反演方法的广泛适用性。文中也给出了本文反演方法存在不足的实例，在该例中，风浪对SAR图像交叉谱低频成分的贡献被理解为来自涌浪的贡献，这使反演结果在低波数位置出现了一个不应该有的涌浪谱峰。文中分析了这种现象产生的原因以及可能的克服方法。
4、从海浪方向谱中可以提取许多有用的海浪参数，如有效波高、平均波周期、平均波长等。根据本文方法反演的有效波高的均方根偏差RMSE为0.4872m，相对RMSE为29.19％1平均波周期的RMSE为2.1725s，相对RMSE为30.03％；平均波向的RMSE为68.4681°，相对RMSE为36.40％。