潜艇探测技术是海疆国防急需的关键技术，潜艇的“直接”和“间接”成像探测往往都涉及到水面波纹的检测问题。基于偏振成像的探测方法能有效地探测水面的三维波纹面形，其中对水面偏振特性的检测与计算是面形重建的重要一环。建立了水面光电偏振模型，对不同气象条件、水温下昼夜可见光与红外波段水面偏振特性进行了仿真分析，结果显示水面可见光和短波红外波段偏振主要是s偏振，中波/长波红外波段偏振是p偏振；随着入射角的增大偏振度先增大后减小，且水面红外偏振度随着温度的升高而增大。搭建了基于Stokes矢量的偏振成像检测系统对可见光波段、中波红外和长波红外波段的水面偏振度进行了实验测量，仿真结果与测量结果基本一致，证明了光电偏振探测模型的有效性。分析了常见波段偏振成像探测的特点，可为水面偏振特性的分析及计算提供理论仿真和实验方法。