飞机尾流是飞机飞行时产生的一对相对旋转的空气漩涡,具有空间尺度大、持续时间久、强度大等特征,是影响飞行安全的重要因素。航空业的快速发展和紧急情况下战机的快速起降对飞机尾流实时监视与预警提出了巨大需求。本文围绕飞机尾流雷达探测需求,研究晴空、云雾以及降雨条件下飞机尾流的雷达散射特性。论文的主要研究工作包括:首先,从方法论层面研究了飞机尾流雷达散射特性的度量方法。在系统研究现有三种度量方法(体散射率度量、线散射率度量、RCS直接度量)代表性研究的基础上,深入剖析了三种度量方法的物理概念基础、技术路线、优势和局限,进而研究了三种度量方法间的相互转化、内在关系,并在全面比较的基础上给出了各种度量方法适用场合的建议。其次,研究了晴空飞机尾流的雷达散射特性。在晴空飞机尾流动力学特性建模的基础上,通过数值求解对流扩散方程模拟了飞机尾流的演化,结合Born近似和数值积分方法计算得到了尾流的线散射率。在此过程中,提出了一种新的变网格计算方法,修正了前人工作中不区分动力学特性计算网格和电磁散射特性计算网格而导致的高估尾流散射的问题。再次,研究了云雾中飞机尾流的雷达散射特性。在对飞机尾流中云雾粒子空气动力学特征建模的基础上,揭示了尾流中云雾滴的“弱惯性”运动特性,得到了云雾滴在尾流中的分布。进一步,结合云雾滴的电磁散射特性,研究了云雾中飞机尾流的可探测性,给出了典型雷达分辨率、观测角下的尾流速度谱特性。针对机场安全应用,提出了雷达上视探测时的云雾中飞机尾流环量反演算法,讨论并评估了雷达位置、分辨单元、速度模型等因素的影响,仿真表明,算法稳健有效。最后,研究了雨中飞机尾流的雷达散射特性。提出了在平稳降雨区域中瞬时加载尾流场的雨中尾流动力学特性演化模型,揭示了尾流速度场对其中雨滴的“聚集”和“稀疏”效应。进一步,给出了雨中尾流的多普勒谱和扫描探测下的RHI图,并与美国FFA雷达实验探测得到的RHI图进行了对比验证。针对机场安全应用,提出了雷达上视探测时雨中尾流的环量反演算法,并进行了仿真验证。论文紧扣飞机尾流监视应用需求,研究成果对保障飞机的飞行安全、提高机场容量和效率、增强军用飞机在应急条件下的快速出动能力具有重要的理论意义和应用价值。