近年来,国家之间在海上的摩擦日益频繁,潜艇因其优良的隐蔽性能和强大的突击能力受到越来越多的关注。潜艇运动排放的温热海水会在海面形成热尾迹,随着红外探测技术的发展,目前红外探测系统的最低温度分辨率可以达到0.001K,足以探测到海面异常的温度,识别水下航行器的位置,速度和方向,这严重影响了潜艇的隐蔽性能,因此,从红外辐射的角度来研究海面热尾迹是很有必要的。本文以“海浪级”核潜艇作为研究目标,针对热尾流的浮升问题,采用排水法模拟了不同海水环境下潜艇热尾流的浮升发展规律,通过多组工况的对比,得到不同潜艇航速、不同循环水排放流量和不同循环水排放温度对热尾流发展过程以及海表热尾迹的影响,通过得出的海面温度分布规律,结果表明热尾流的发展分为四个阶段:初始阶段、急速降温阶段、缓慢降温阶段和稳温阶段,每个阶段的温度变化与浮升规律都不相同;影响热尾流温度与浮升规律的主要有三个因素:潜艇航行速度、循环水排放温度与循环水排放流量;海水温度不均匀时热尾流的浮升难度明显大于海水温度均匀时的情况。针对海表热尾迹红外测距问题,根据海面温度,建立海面红外辐射模型,分析了红外辐射特性与风速、探测器角度等因素的关系,确立了不同海面情况下的发射率。根据大气辐射传输原理,研究了红外辐射在大气传输中的变化规律以及影响因素,计算了不同大气状况下海表热尾迹的红外探测作用距离,结果发现在红外探测作用距离时,随着探测精度的提高,探测系统的作用距离逐渐减小,当探测概率小于0.9时,二者之间呈现线性变化的关系;当气象条件与探测条件一定时,识别距离与认清距离之间的差距较小,而发现距离与识别距离、认清距离之间的差距较大;当气象条件或者探测角度改变时,发现距离也会随之变化,而识别距离、认清距离几乎不改变。在此基础上,针对海表热尾迹红外成像问题,利用空间坐标映射模型和红外仿真成像模型,将红外仿真图像经过噪声的处理、图像的增强和边缘检测过程,得到成像效果良好的红外仿真图像。根据结果,红外仿真成像时,不同的探测条件与气候条件会对成像效果产生影响:潜艇航行工况对仿真图像的影响主要体现在长尾迹区,对核心区的影响不大;大气条件对仿真图像的影响主要体现在图像整体的清晰度;探测高度对成像的影响主要在图像长尾迹区的可辨识度。而处理仿真图像时,不同的图像处理方法得到的效果不同。