目前,舰船尾流的光学检测方法主要是针对尾流中气泡及湍流导致的探测光参量的变化来判定尾流是否存在,而水下航行器其辐射噪声激励水气界面的水表面微幅波和驱动水中悬浮微粒运动的噪声尾流都载有水下航行器的特征信息。因而,本文在分析了水下航行器噪声的可探测性和辐射特性的基础上,采用激光多普勒技术开展舰船噪声尾流光学相干检测研究,该方法是光波强指向性及声波强穿透性有效结合的间接检测方法。本文研究的水表面散射光场空间分布、水表面微幅波理论、水中噪声尾流理论及尾流光学相干检测技术为水下目标追踪、水中流体介质特性参数提取乃至水中兵器制导等难题的解决提供了新思路,分别建立了干涉法检测水表面微幅波、水中噪声尾流的理论模型并实验验证了其可行性和有效性。本文的主要研究工作如下:(1)依据基尔霍夫衍射理论建立了水表面散射光场空间分布的理论模型,在基尔霍夫近似条件下利用格林定理得到水表面散射光场中任意观察点处散射光强的表达式。理论分析了水表面散射光场强度空间分布与入射光、散射光几何条件的关系,理论计算结果表明,在水体参数、光波场参数及探测距离不变的情况下,散射光强在入射角等于散射角且不为0°的情形下具有极大值;为0°情形下,散射光强最强;当入射角在0°～53°(布儒斯特角约为53°)范围内,散射光强随入射角增大而减小至0,当入射角在53°～90°范围内,散射光强随入射角增大先增大后减小。(2)针对水下声源辐射噪声波传播到水气界面会产生水表面微幅波这一问题进行了理论建模研究。在远场平面波近似条件下由水表面微幅波波动方程求解出了水表面微幅波振幅和振速与入射声压、水下声源振动频率间的关系式。理论研究表明,纳米到亚微米量级的水表面微幅波振幅与入射声压成正比,与水下声源振动频率成反比;水表面微幅波振速仅与入射声压有关且成正比。(3)利用几何光学斯涅耳定律计算分析了影响水下声信息探测效率的主要因素。研究了光学相干法检测水表面微幅波和水中噪声尾流的原理,给出了水表面微幅波干涉信号的时域和频域表达式,理论分析了干涉信号时域谱和频域谱特征,并研究了应用频谱分析技术来提取水表面微幅波和水中噪声尾流特征参数的方法。(4)实验研究了光学相干法检测水表面微幅波、利用频谱分析方法提取水表面微幅波特征参数的可行性和有效性。结果表明,光学相干检测法实现了频率在300Hz～1700Hz的水下声源实时探测;频谱分析方法解调出的水下声源实际发声频率与标准值的偏差小于1.27Hz且精度优于0.42%,解调出的水表面微幅波振幅、振速与理论计算结果具有很好的一致性。(5)实验研究了水中噪声尾流后向探测干涉频谱特性随噪声波频率、水体环境和散射体种类、数密度、尺寸的变化规律。在待测区分别为噪声尾流、掺入溶胶杂质的噪声尾流以及气泡尾流和噪声尾流同时存在的条件下,都实现了 100Hz～3000Hz的水中噪声尾流后向相干检测,待测区的不同虽引起提取出的实际噪声波频率存在差异,但其与标准值的差异都小于1.7Hz且精度都优于0.6%,提取出的不同水体环境下不同散射体的运动速度与理论速度相吻合。同一噪声波频率和声强度下时,不同待测区的检测频谱中峰值幅度、最大频移量等特征的不一致,体现了水体环境及散射体特性的差异会引起散射体具有不一致的运动状态。