波浪是一种复杂的海洋水文现象,对海上运输和海岸工程的安全有着直接影响,波浪的观测有着深远的现实意义。在诸多波浪观测仪器中,测波浮标有着可以长时间自动测量、布放位置自由、成本低、精度高的优点,目前是最主要的测波仪器。国内已经有相对成熟的波浪浮标,但均只输出统计特征值,没有波浪谱特征估计功能。波浪方向谱能够直观体现能量在频域和方位上的分布,给出波浪的内部构造,展示出其中风浪与涌浪的信息,同时谱特征值也有着重要意义。本文设计了一套波浪谱浮标的数据采集系统,其搭载的算法可以输出波浪的统计特征值、谱特征值和傅里叶系数,弥补了国产浮标在波浪谱估计上的空白。在设计过程中,首先根据需求提出了数据采集系统的设计方案:系统采用三轴加速度传感器集成模块及倾斜和电子罗盘一体化传感器TCM2.5来获取浮标加速度和倾斜信息,使用STM32F407作为主处理器来采集并处理数据,并通过以PCF8583为基础的外部时钟系统来实现定时启动。之后比较了快速傅里叶法、傅里叶级数法、最大似然法和贝叶斯法等波浪谱估计算法,得到了傅里叶系数法是目前在浮标上估计波浪谱最佳方案的结论。在数据修正算法上,主要讨论了低频噪声谱滤波、方向修正和垂向加速度修正,并在垂向加速度修正过程中引入了额外的倾斜角来抵消风、海流、潮汐等因素对浮标平台垂向加速度的影响。最后,本文波浪谱浮标与DWR-Mk III型波浪浮标在温州海域进行了比测。通过分析,确定了波浪谱浮标误差可能源于浮标及传感器低频噪声污染和浮标姿态对垂向加速度的噪声污染。之后,通过引入低频噪声谱估计和浮标姿态修正技术,使用浮标原数据进行数据修正,得到了偏差较小的谱特征值和相似性较高的波浪能量谱,确定了搭载在浮标上的算法。