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利用极化SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)对船舶尾流进行成像模拟与反演的主要目的在于对尾流信息的获取与处理,从而实现对海洋运动目标的检测、识别、分类与跟踪。对船舶尾流进行极化SAR成像模拟及参数反演不仅在海洋环境的探测与监视方面具有重要意义,而且为国家海洋军事强国战略的推进提供了理论基础。本文基于极化理论、细长体理论、流体力学理论、海浪谱模型、相干斑噪声理论、数学形态学图像处理方法、线性反演算法,在船舶尾流及粗糙海面数学模型的建立与求解、船舶尾流极化SAR成像模拟、船舶尾流极化SAR仿真图像及真实图像的检测与反演三个方面进行了研究,完成的主要内容如下所述:1.极化SAR成像相关理论基础的综述。首先从极化和合成孔径的概念入手,阐述了极化SAR的工作原理与成像原理;其次通过对比,总结了船舶尾流光学图像与极化SAR图像的差异,重点给出了船舶尾流极化SAR的相干斑噪声图像特性;最后简要的论述了船舶尾流的分类,从尾流波散射理论和尾流波调制理论两个方面总结了不同类型的船舶尾流极化SAR的成像机理。2.基于相干斑噪声模型的船舶尾流及粗糙海面数学模型的建立与求解。首先,根据船舶细长体理论、流体力学等相关理论,建立了船舶尾流波高模型,通过模型的求解,模拟了五种不同几何尺度的船舶在航速相同时以及同一船舶在航速不同时的尾流波高,并分析了不同船舶几何尺度以及不同船舶航速对船舶尾流波高一维、二维、三维模拟结果的影响;其次,根据PM海浪谱模型建立了粗糙海面模型,运用FFT(Fast Fourier Transform)与IFFT(Inverse FFT)的方法求解模型,得到了不同海面上空风速条件下粗糙海面的模拟结果,并对不同风速下的粗糙海面进行了特性分析;最后,利用相干斑噪声模型,将船舶尾流与粗糙海面叠加后的复合粗糙表面图像进行处理,实现了船舶尾流极化SAR图像的功能模拟。3.船舶尾流极化SAR图像检测及参数反演。首先,运用数学形态学方法对船舶尾流极化SAR仿真图像与船舶尾流极化SAR真实图像进行去噪、膨胀腐蚀、边界提取预处理,保留重要的船舶尾流信息;其次,利用两种线性反演算法对预处理后的船舶尾流图像进行变换检测,并对两种算法的检测结果进行评价;最后,在MATLAB中利用像素坐标与像素长度进行反演计算,并对反演得到的船舶尾流横波波长、船舶航速的数值进行误差分析,证实了反演方法的有效性。