高频雷达利用垂直极化电磁波可以沿着海洋表面绕射传播的特性能够以较高的时间和空间分辨率实现对海洋表面流的实时、大范围、全天候观测。目前,世界范围内已经架设有超过400台高频雷达系统用以获取海洋表面流场信息。这些高频雷达系统可以依据它们所配备的接收天线分为紧凑型高频雷达和阵列式高频雷达。采用单极子交叉环作为接收天线的紧凑型高频雷达相较于采用线阵作为接收天线的阵列式高频雷达来说,具有体积小、成本更低、更易于架设和维护等优势而更被人们所青睐。因此,世界范围内正在工作中的高频雷达系统绝大多数是属于紧凑型高频雷达系统。紧凑型高频雷达的海流观测能力已经得到了广泛的认可,近二十年来,紧凑型高频雷达系统中的研究热点便是方向图畸变问题。此外,近几年来,高频雷达在海洋学中的应用也备受人们关注。因此,本文的内容将从以下四方面展开:(1)从理论上分析紧凑型高频雷达中天线方向图畸变与回波方位角估计误差的关系。通过这一分析发现,在单根单极子交叉环天线系统中,海洋回波的方位角估计误差仅仅取决于两环的相对畸变。基于这一结论,本文提出了一种针对紧凑型高频雷达的天线校准方法来保证系统输出高质量的海洋表面流场,并利用实测数据来验证了该方法的有效性。(2)研究二元单极子交叉环天线阵相对于传统单极子交叉环天线在海流观测中性能的提升。并且详细分析了二元单极子交叉环天线阵中方向图畸变与方位角估计误差的关系。通过该理论分析发现两组环通道的相对畸变对方位角估计误差起主要作用,同时两个单极子交叉环天线之间的相对畸变也对方位角估计有影响。基于这些结论提出了一种适用于二元单极子交叉环天线阵的校准方法。现场实验证明该校准方法可以有效的提高雷达海流测量精度和提高雷达输出的流场数据集的数据率。(3)利用高可靠性的海洋表面流场数据分析台湾海峡南部海域海洋表面潮流的空间和时间特性。通过长达80天的雷达数据分析发现该区域的潮流以半日潮为主,且受海岸线和海底地形影响严重。(4)研究适用于高频雷达数据集的海洋表面漩涡检测算法以及利用高频雷达数据研究台湾海峡南部海域内小尺度漩涡的空间和时间特性。研究结果指出该海域小尺度漩涡从出现到消失所经历的时间都普遍比较短,但是在整个生命周期内漩涡的能量和尺寸却有明显的增长与衰落的过程。此外,小尺度漩涡出现的空间频率分布则与海底地形非常相关。以上研究内容对于紧凑型高频雷达系统的进一步改进和推广具有非常重要的意义。