舰船尾迹的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像及舰船参数估算研究对于复杂海洋环境中舰船目标的探测具有十分重要的研究意义。尤其在隐身技术迅速发展的当下,直接通过SAR图像开展舰船目标的分类与识别变得相对困难,此时可以通过SAR图像中的尾迹特征估算舰船参数,从而更准确地实现海上舰船目标的检测。由于舰船尾迹中的Kelvin尾迹在SAR图像中通常可以表现出明显的纹理特征,而且在不同条件下具有不同的电磁散射特性和成像特征,因此可以作为检测舰船目标和反演舰船运动参数的重要途径。为此,论文在Kelvin尾迹的SAR成像及舰船参数估算的相关领域展开了系统的研究,对海面及海面与Kelvin尾迹的复合场景进行了几何建模、电磁散射建模和SAR图像仿真,并基于海面Kelvin尾迹SAR图像进行了舰船参数估算分析。论文的工作主要包括:1.基于海浪谱模型和Longuet-Higgins方向函数,利用线性滤波法模拟了二维线性海面,并在此基础上引入CWM模型仿真了非线性海面,通过与线性海面的对比讨论了非线性特征对海面几何模型的影响。然后根据点源扰动理论,对舰船Kelvin尾迹进行了几何建模,并将其线性叠加在海面上,得到了海洋背景下的舰船Kelvin尾迹,分析了风速、船速等参数对海面与尾迹几何结构的影响。2.在海面的面元化散射思想和复合表面散射理论的基础上,通过借助一阶微扰模型和基尔霍夫近似模型建立了适合计算大场景海面电磁散射的半确定性面元散射模型,结合此模型模拟了海面及海面与Kelvin尾迹复合场景的面元散射分布,从细节方面分析了尾迹对海浪波的倾斜调制作用。然后考虑到海面的非线性特征,借助二阶小斜率近似模型计算了非线性海面的电磁散射系数,并根据此模型分析了Kelvin尾迹对海面单双站电磁散射系数的影响。3.基于海面的流体力学模型对比分析了海浪对合成孔径雷达散射回波的三种调制机理,包括倾斜调制、流体力学调制和速度聚束调制,并在此基础上结合半确定性面元散射模型建立了海面的SAR成像仿真模型,根据此模型分别对海面及海面舰船Kelvin尾迹进行了SAR图像仿真,分析了雷达参数、海面环境参数和舰船运动参数对仿真结果的影响,总结说明了合成孔径雷达对Kelvin尾迹的最佳观测条件。4.基于局部Radon变换实现了线性尾迹的检测,并在此基础上研究了舰船与尾迹的匹配方法:范围匹配测试方法和方向匹配测试方法,其中方向匹配测试方法不仅可以滤除虚假尾迹,还可以在一定程度上判断出尾迹的大致类型。然后从Kelvin尾迹的产生机理出发,提出了舰船参数的二维估算方法,在基于Markov过程滤除尾迹SAR图像海面背景噪声的情况下结合此方法着重研究了舰船参数的估算问题,分析了雷达参数、海面环境参数和舰船运动参数对估算结果的影响,并通过与传统方法估算结果的对比验证了该方法的精确性和稳定性。