海洋湍流是一种高频的随机运动，在海洋中普遍存在。湍流现象的发生对海水温度、盐度的改变，对洋流和海洋气候的影响，对海洋生物的生长和分布等都有重要影响。因此，对海洋湍流信息的准确掌握与分析，可以有效的完善人们对海洋环境的认识，有助于人们进一步加强对海洋气候和灾害预报体系的改进，推进对海洋可再生能源的利用。目前，世界上部分国家已经开始了对湍流观测和数据采集的研究，并不断研制湍流观测仪器，湍流数据的获取技术已成为研究海洋观测技术领域的重要方向。本文在总结各国海洋湍流观测仪器的开发历史及经验基础上，详细论述了自主研发并设计制造的基于锚系潜标的海洋湍流观测仪（FMS-OUC）系统，对各部分组成及功能指标做出详细描述。同时，设计了与目前国际上比较流行的微结构剖面仪测量方法的比测实验，在实践方面论证了锚系湍流观测系统测量的准确度与精确度均以达到国际水平。湍流检测仪在测量湍流信号时会受到各种噪声的干扰。在数字信号处理方面，时频分析方法通过将一维信号变换到二维时频平面上，以有效的展现出非平稳信号时间和频率的变化对应关系，分析信号的局部特性，从而揭示信号所隐含的深层信息，常用的有短时傅里叶变换、魏格纳-维尔分布、小波变换等，传统傅里叶变换虽然不能分析出信号的时域特性，但在平稳信号的频域分析方面还是一种比较经典的方法，而小波分析在时域和频域都有着很好的分辨率，是处理非平稳信号方的一种很有效的方法。但是，面对复杂性较高的海洋湍流信号，单独使用任何一种方法都无法进行有效的处理，匹配追踪方法是近几年发展较为迅速的一种信号处理方法，它以过完备的原子库著称，可以根据信号特征进行与相似原子的匹配，按照迭代标准进行循环分解，最终将信号分解成基函数的线性叠加和最后一项不能分解的冗余项，不过，在处理实际数据时，需要根据对信号特征的预知进行处理，因此需要建立可靠的原子库。本文在充分分析湍流信号和振动信号特征的情况下，提出一种基于小波原子库的匹配追踪的数据处理方法。该方法以根据湍流特征挑选出的小波基函数作为原子库原子，让原始信号与该原子库中的原子做匹配计算，选择相应的匹配小波，重新构建湍流信号。同时，在论文中详细分析讨论了傅里叶变换和小波变换的特征与适用范围，对湍流信号和振动信号进行区别化处理，设计了一系列仿真实验，最终将湍流信号从采集到的初始信号中提出，实现了湍流信息的准确获取，并获得了良好的湍动能耗散率曲线。