本文基于RD公司ADCP（声学多普勒流流速剖面仪）和Nortek公司AWAC（声学波浪流速剖面仪），研究基于ADCP测流的方向谱估计方法，并进行相关数据处理的算法研究。针对现有RD公司的波浪处理软件在波向估计算法，倾斜较大时倾斜修正门限，背景流较强时的背景流修正门限中出现的问题加以分析并进行改进。ADCP的方向谱估计可以分解为高度谱估计和波向估计。其中高度谱可以分别利用ADCP波束速度值、ADCP测深值和ADCP上压力数据来估计，ADCP波向估计有2种方法，波束方向测点组成阵列估计和波束中心点处的水质点速度估计，影响ADCP方向谱估计的因素主要有：波向估计算法、倾斜较大时的ADCP测点位置修正和背景流较强时的方向谱估计值修正，研究了船载ADCP的方向谱估计方法，通过本文理论研究为后续的实测数据处理的算法研究提供了理论支撑。波向估计是通过含有互谱的方程求逆计算得到的，因为求逆计算有很多种，所以波向估计算法不是唯一的。RD公司和Nortek公司使用的波向估计算法是傅里叶级数算法（DFTM）和迭代的最大似然算法（IMLM），但主要使用IMLM。IMLM算法在实测数据估计中可分辨单向和双向波浪，但无法抑制其他方向上噪声带来能量，本文针对IMLM算法的问题，引入了固定的方向分布模型，有效地解决了噪声带来能量分布，并将一种混合遗传算法（HGA）应用到模型参数求解中，HGA算法的参数估计性能好于遗传算法（GA），表现在跳出局部最优解和收敛更快。通过BBADCP（宽带声学多普勒流速剖面仪）和NBADCP（窄带声学多普勒流速剖面仪）的仿真分析表明，HGA算法的估计性能好于IMLM算法，HGA算法的方向谱估计误差更小。通过ADCP实测数据对比分析，本文IMLM算法，HGA算法估计结果与RD、Nortek公司的软件估计结果是一致的，证明了本文基于ADCP测流的方向谱估计的数据处理技术是正确的；HGA算法、IMLM算法都能准确地分析单向和双向波浪，但HGA算法有效消除了实测数据中噪声带来能量分布，使得波向估计更加准确。当ADCP倾斜时，ADCP的测点位置发生偏移，导致方向谱估计出现较大误差，所以当倾斜较大时，首先要进行测点位置的倾斜修正。RD公司并没有给出测点位置修正方法，本文通过旋转矩阵计算给出测点位置修正方法，RD公司在倾斜修正中建议当姿态角大于10°进行修正。本文仿真表明方向谱估计误差不只跟姿态角有关，同时跟ADCP安放深度有关，并通过实测ADCP数据验证了本文仿真结论的正确性。针对RD公司的倾斜修正门限不考虑ADCP安放深度是不合理的，本文设定了一种新的倾斜修正门限，ADCP实测数据是否进行倾斜修正需要考虑数据的姿态角和安装深度。当倾斜带来的有义波高估计误差大于指定门限，需要进行修正，有义波高估计误差可以通过事先仿真得到，这样使得倾斜修正判断更加简单。本文设定的新的倾斜修正门限相对于RD公司的门限更加准确，保证了当ADCP存在较大倾斜时的方向谱估计准确性。当背景流较强时，背景流会影响ADCP的方向谱估计准确性，方向谱估计值要进行背景流修正。RD公司的背景流修正方法中涉及背景流幅值、背景流流向、波浪方向和水深，但RD公司的背景流修正门限只考虑背景流幅值，即0.75m/s，是明显不严谨的，例如当背景流幅值为0.75m/s，背景流流向和波浪方向夹角为90°时，ADCP方向谱估计值在背景流修正后没有变化。针对RD公司倾斜门限并不精确，本文设定了一种新的背景流修正门限，ADCP实测数据是否进行背景流修正同时考虑了背景流幅值、背景流流向、波浪方向和水深，本文设定当背景流带来的有义波高估计误差大于指定门限时，需要进行修正，最后通过ADCP实测数据进行分析，结果表明本文的背景流门限相对于RD公司的门限更加准确，本文的背景流修正门限虽然会增添一定计算量，却在最大程度上保证当背景流较强时的ADCP方向谱估计值的正确性。