通过研究船舶尾流的非线性物理特性可以获取船舶的航速、船型等信息,这对于船只识别、海洋观测以及军事非常重要。本文的研究重点主要有两方面:一是对船舶尾流的非线性光学、非线性声学、非线性热学、非线性电磁学特性以及船舶尾流图像的特征进行了深入的分析和总结;二是着重研究了船舶尾流的非线性几何结构。研究的主要内容可概述为:1.对于船舶尾流的非线性光学特性,分析了尾流气泡幕的Mie散射光特性、尾流气泡幕的前向散射光偏振特性以及气泡幕的光学厚度对散射光偏振度的影响;对于船舶尾流的非线性声学特性,分析了气泡幕的散射强度随发射声波信号脉宽和频率的变化情况,此外,对有、无尾流时,船载式的侧向声波检测和基于ROV平台的水下声波检测的时域波形进行了对比分析;对于船舶尾流的非线性热学特性,主要分析了船模和驱逐舰的远场热尾流特性、热分层环境下船模尾流的温度特性;对于船舶尾流的非线性电磁学特性,主要进行了船舶尾流磁异常的估算和结果分析,根据本文设计计算程序的算法编程,采用控制变量法针对不同船速、不同磁倾角、不同船型的船舶尾流感应磁场进行模拟,得到了船舶尾流磁感应强度在不同传播方向上随磁倾角变化的规律和一些非线性分布特征。2.为了实现船舶尾流图像信息化,对尾流图像进行直方图均衡化、分水岭分割、Canny算子边缘检测、数学形态学处理。通过直方图均衡化增强船舶尾流图像的对比度;通过分水岭分割较好地提取船舶尾流轮廓;采用Canny算子边缘检测提取船舶尾流与背景之间的交界线。深入研究了不同船舶尾流图像在膨胀、腐蚀、开闭操作以及图像填充和分割这五个方面的数学形态学处理,有利于更好地识别和分析船舶尾流图像的结构特点。3.船舶表面波引起的Kelvin尾迹会对船舶尾流的非线性物理特性起主要作用,故模拟和分析了船舶尾流波的大小和波形分布。对不同船型以及不同船速的船舶尾流波进行一维、二维、三维模拟。结果表明:尾流波振幅随着横向距离的增加呈现了非线性的正余弦衰减规律。当船速和船型的其他尺寸不变时,船长、船高与尾流波振幅成反比;船宽、吃水深度、航行速度与尾流波振幅成正比。当船型和船体的吃水深度一定时,船速越大,尾流波幅度越大,尾流横波波长越大。4.在限制水域中,快速船舶尾迹最重要的特征是在船舶前方能产生孤立波。孤波高度和斜率的非线性放大可能造成严重的危险,故对孤子尾流相互作用的表面高度和坡度进行模拟和分析。基于无量纲Kadovtsev-Petviashvili（KP）方程的双孤子解,利用Mathematica模拟得到标准坐标下等振幅和非等振幅入射孤子相互作用区域的表面高度。结果表明:等振幅入射孤子的振幅与参考孤子的振幅相差0.01%比相差1%的相互作用波峰空间范围大;非等振幅的2个入射孤子的相互作用主要导致了 2种入射孤子波峰的弯曲。利用Matlab模拟得到入射孤子和相互作用中心处双孤子解的不同波峰,通过调节参数k对比相互作用孤子的坡度。结果表明:沿波峰的传播方向,k值越大,相互作用孤子的轮廓越窄,坡度越大。