探索海洋,发展海洋经济离不开船只,而对船只的有效监测具有重要的现实意义。在民用上,可以监测水运交通,进行遇难船只的救助,对非法船只,如非法捕鱼、走私及倾倒油污船只进行监管;在军事上,可以及时检测入侵船只,对获取海上战争主动权有着重要的作用。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)可以全天时全天候地工作,而且SAR图像具有空间分辨率高的优点,因此SAR广泛应用于海面船只的探测与检测,是海面目标检测的重要手段之一。通过间接地对船只尾迹进行检测以达到船只检测的目的,相对于直接对船只进行检测有诸多优点:尾迹尺寸大更易检测(可以降低对雷达图像的分辨率要求)。此外不仅可根据尾迹得到船只位置,同时还可依据尾迹形态反演船只航向航速等信息。本文所采用的雷达图像数据来自天宫二号三维成像微波高度计,其与传统SAR相比不同之处在入射角小(但相对范围,即(最大入射角-最小入射角)/最小入射角,较大),为1°至8°,不同的入射角造成了成像效果与特点的不同。论文主要开展了如下工作:1、根据船兴波阻力理论建立了开尔文尾迹的几何模型,可用于仿真不同尺寸的船只沿任一方向以任一速度行驶时产生的开尔文尾迹。通过线性滤波法模拟仿真了某一风速风向时的海面,并将海面和尾迹叠加得到叠加高度场,分析了不同船速、船向、风速和风向时的尾迹纹理特征。采用物理光学方法计算得到后向散射系数图。通过对比船速、船向、风速、风向和雷达入射角取不同值时叠加高度场的后向散射系数图,得到影响开尔文尾迹成像的因素,以及小角度入射时区别于大角度入射时的成像特点。2、基于天宫二号三维成像微波高度计的图像尾迹检测,研究了Radon变换峰值点自动检测算法,验证了其在尾迹背景高对比度时的有效性。进而提出了一种基于顶帽变换的尾迹对比度提升算法,通过对比使用算法前后图像,验证了所提算法的有效性。通过对原图、对比度提升后的图、精致Lee滤波处理后的图进行Radon变换并对比可准确提取尾迹的阈值等参数,得到如下结论:经尾迹对比度提升后,检测结果更稳健,表现为结果更准确,可选阈值范围更广;精致Lee滤波虽然可以降低斑点噪声,但是基本无益于尾迹检测。3、探讨了船只位置和航向信息获取的方法。研究了由窄V尾迹、内波尾迹以及开尔文尾迹获取船只航速的方法。重点研究了一种之前很少被关注的开尔文-马赫尾迹模型,并利用该模型得到开尔文-马赫尾迹半张角与船长和船速的关系。