舰船在水面航行时，由于船体和水面的相互作用，在船后会形成一条清晰可见的V 形的尾迹，即Kelvin 尾迹。首先基于海浪谱模型，生成了粗糙海面的几何构型，并结合Kelvin 尾迹模型，完成海面Kelvin 尾迹的几何构型。然后，通过波面发射率计算、探测器视场模型建立及热像生成3 个步骤，完成海面Kelvin 尾迹的红外图像仿真。最后，根据尾迹与周围海水间的辐射温差，建立Kelvin 尾迹的探测模型。研究结果表明：探测天顶角越大，Kelvin 尾迹与周围海水间的发射率差异越明显，尾迹的红外图像特征越显著；同时，随着探测天顶角的增大，探测概率逐渐增大。

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。

舰船驶过海面后会形成一条长度可达数千米且持续很长时间的尾迹区。这种显著特征为利用尾迹波的红外特征来探测舰船提供了依据。从舰船尾迹区特点出发，实现了尾迹波的可视化仿真。在Cook-Torrance光照模型的基础上建立了适用于舰船尾迹波的红外成像模型。采用射线跟踪算法，并综合考虑太阳辐射、天空背景辐射和大气传输等环境因素的影响，得到了不同探测条件下舰船尾迹波的红外成像特征。结果表明：俯仰角较小时海面整体较暗，舰船尾迹波特征明显；俯仰角较大时海面整体较亮，舰船尾迹波特征减弱；开尔文尾迹的成像特征受气温变化影响较小，湍流尾迹在低俯仰角低气温时为一条暗带，高气温时为一条亮带；海面风速增加，开尔文尾迹最终会无法分辨，湍流尾迹成为唯一可识别的舰船尾迹波特征。