现代潜艇隐蔽性好、突击力强,被誉为“隐藏的杀手”,如何及时有效的探测到这一威胁成为国内外研究的重要课题。目前声呐等传统的水下目标探测技术已得到充分的发展,基于潜艇热尾流、尾迹湍流以及水面波纹等技术的新型探测手段受到极大的关注。由于水下运动目标与水体的相互作用会在水面产生伯努利水丘和开尔文尾迹等特征波纹,实现其探测即可间接获得水下运动目标的(速度、深度或尺寸等)信息,因此成为人们研究新型探测手段的关注点。由于无偏天空辐射光通过水面反射将形成(部分)偏振光,且偏振量与介质折射率和入射角相关,所以利用光学偏振成像方法获取水面波纹的偏振信息有望解算出水面波形。为此,实验室提出了基于水面波纹的水下运动目标偏振成像检测的技术思想,并获得国家自然科学基金的支持。在这种探测模式中,充分掌握水下运动目标水面波纹的特征是检测方法的基础。论文从理论建模、计算机模拟和实验等方面研究了水下运动目标在不同运动参数下的水面波纹及其特征,首先采用三维非定常不可压缩RANS方程,辅以RNG k-ε湍流模型以及VOF自由面的处理方法建立了水下运动目标水面波纹的数学模型;利用Solidworks定义计算模型及计算域,将模型导入ICEMCFD进行网格划分和网格质量评价;利用FLUENT软件定义边界条件和数值计算方法等,对水下航行体在不同速度及深度等运动参数的情况下的水面波纹进行了模拟;将计算结果导入CFD-POST进行后处理,分析比较了典型椭球体在不同速度、深度、有无指挥塔、形状等参数条件下与尾迹形状特征以及起伏高度的定量关系,获得一些可描述水下目标运动速度和深度的半定量评价参数;进一步模拟实尺度潜艇模型的水面波纹,给出波峰波谷数值的量级以及可能的探测深度;最后利用随机海浪谱(P-M谱)模型在MATLAB的环境下模拟不同风级下的海面波浪,为其与尾迹波形的叠加和后续图像处理打下基础。论文研究结果对实尺度潜艇模型的精细化海面波纹模拟提供了数据参照,为进一步研究水下运动潜艇的偏振成像探测打下了理论基础。