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全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)除了能为用户提供定位、定时等功能外,其反射信号还可以用于遥感应用研究(GNSS-Reflectometry,GNSS-R)。GNSS-R技术凭借其高时空覆盖率、全天候、成本低等优点得到了广泛的关注,经过20多年的发展,在海面风场、海面平均高度、土壤湿度、地表植被、海冰、溢油等方面得到了充分的研究与发展。本文以GNSS-R海面风场探测为研究方向展开了相关工作。本文首先以GPS信号为例介绍了GNSS信号的相关特性,对GNSS-R海面风场反演所涉及的海浪谱和散射模型进行了研究,基于Z-V模型得到了海面散射相关功率分布,通过对理论时延功率曲线的研究完成了以下研究内容:分析了GNSS-R几何构型中的关键因素对海面风场反演精度的影响,定义相邻风速下时延功率曲线之间拖尾部分的差异为“差异D”,其大小能反映当前的几何构型对于风场的敏感性。研究结果表明可见星的高度角、方位角和风向夹角均会影响风场反演精度,同时给出了“差异D”的计算公式,以此来评判当前各个可见星的风场反演精度优劣,给出了选星策略。针对反射信号处理过程中相干积分时间的选取进行了研究,通过比较不同风场下海面散射功率几何分布与多普勒带宽之间的关系,给出了各个海况下对应的相干积分时间的上限,论证了星载情形最佳相干积分时间应当选取为1ms。传统的相干积分-非相干累加反射信号处理形式难以满足星载情形高灵敏度观测需求,对此,提出了相干积分-相干累加-非相干累加的功率累加方式。以时延功率曲线累加后拖尾的信噪比为评判标准,根据当前海况的不同,给出了合适的功率累加方案,使得硬件资源需求与累加结果达到最优化。总结了GNSS-R海面风场探测的信号处理流程,并通过机载和星载试验进行了风场反演,利用外场试验数据对设计好的流程进行了反馈与验证。