水下航行体凭借其强大的军事震慑力,已经成为世界各国海军公认的战略性武器。在未来的海战中能够及时对敌方水下航行体做出预警是海战取胜的关键因素。随着光电子技术在军事领域的应用,红外探测和红外成像制导设备广泛应用于海、陆、空、天各种作战平台,极大地提高了战场综合反潜能力。水下航行体高温冷却水排放入海使航行区域呈现“热尾流”特性,热尾流成为暴露水下航行体位置、航向等重要信息的重要因素,严重影响水下航行体的隐身防御。因此开展热尾流红外辐射和成像特性的研究对水下航行体的红外隐身具有重要意义和实际军事需求。本文在粗糙海面模型基础上,建立了热尾流红外辐射模型,针对红外辐射模型方程中的各分量展开了详细研究。利用海浪谱模型确定发射率与探测角度的对应关系,分析了海面热尾流方向发射率的变化规律。研究了海面风速与尾流温度对典型工况热尾流红外辐射特性的影响,计算并得到了热尾流与海洋背景的对比度在风速和探测器天顶角变化时的变化规律。结果表明,短波段进行海面探测更容易发现和识别热尾流尾迹。以某型号核潜艇热尾流为研究对象,充分考虑大气环境对红外辐射能量的衰减作用,利用逐次逼近法计算了特定探测系统对典型工况热尾流的危险预警作用距离。开发了多工况、复杂气象条件下热尾流红外探测作用距离实时仿真软件。计算结果表明:热尾流红外探测危险预警作用距离由大气条件、探测器性能和探测条件多影响因子共同作用,探测概率由10%增加到100%,发现距离、识别距离和认清距离分别减小了64.7%、49.9%和60.5%。探测概率为50%时,温差由0.01K变化到0.1K时,发现距离、识别距离和认清距离分别增加了59%、34.6%和28.3%。计算结果与参考值对比,发现距离误差为8%,认清距离误差为9%,本文的计算结果具有较高精度。在红外特性分析和危险预警距离计算的基础上,结合空间坐标变换,建立热尾流红外成像仿真模型,利用投影映射方法模拟热尾流目标的红外图像,研究了探测高度、探测角度和噪声对红外成像的影响。结果表明:传输路径增大,热尾流红外辐射亮度减小,同一路径长度,垂直探测红外特征最明显。环境噪声和探测系统固有噪声使红外图像清晰度和对比度下降,增加了探测识别难度。