水下运动目标与水体的相互作用会在水面产生开尔文尾迹和伯努利水丘等特定波纹, 为机载、星载的雷达光电探测水下运动目标的位置及速度等提供了可能, 成为当前国内外研究的重要方向之一。为了研究水下运动目标水面波纹的特点, 论文采用三维不可压缩RANS方程, 辅以RNG k-ε湍流模型以及VOF自由面处理方法建立了水下运动目标水面波纹模拟的数学模型, 并对水下航行体在不同速度及深度等参数情况下的水面波纹进行模拟, 分析了速度及深度等参数与尾迹特征的关系。论文结果对实尺度水下潜艇的海面波纹模拟以及水下潜艇探测技术的研究具有意义。

针对舰船在海上航行时形成的尾迹包含多类信息，利用Kelvin尾迹模型得到舰船速度为5 m/s、10 m/s和15 m/s的尾迹最大波高分别为0.5 m、1.5 m和2.5 m。通过海浪Pierson-Moscowitz谱模型描述海面风速分别为5 m/s、8 m/s和10 m/s下的复杂海面背景模型。基于海面背景和尾迹区域的几何差异，建立了Kelvin尾迹的红外发射模型，得到不同海面风速、不同舰船航速和不同探测天顶角下的红外特征仿真图像。仿真结果表明，红外图像的灰度极大值位于尾迹波峰处，海面风速由5 m/s增加到10 m/s时，尾迹区域与海面背景平均灰度差值由100逐渐减小，直至无差异。相同海面风速下，舰船速度由5 m/s增加到15 m/s，尾迹波长由10 m增加到40 m，红外特征明显。改变探测器天顶角分别为0°和30°时，红外图像差异较小，当天顶角增大到60°时，尾迹区域灰度值接近海面背景，差值小于30，尾迹的辨识难度增加。