基于尾流光学特性对鱼群和舰船等水下目标的探测和跟踪技术摆脱了常规的声场而以光波作为信息载体，使常规的声学干扰和对抗手段失去作用，具有探测距离远、命中精度高以及不受电磁和环境噪声干扰等优点，已经引起各国的广泛关注。此外，进入二十世纪90年代，随着世界战略环境的改变和新技术的快速发展，世界各国重新认识到了利用电场、磁场、蓝绿激光、红外和尾迹特性等进行水下目标探测的这些非声探测方式的优越性。基于这一背景，本文将532nm激光作为传递信息的载体，着重于论证激光探测尾流的可行性。特别对吸收性海水中气泡的光散射理论计算、尾流气泡的激光散射特性、尾流轮廓半实物仿真以及气泡散射信号处理等方面进行了研究。本论文在理论、实验和信号处理方面进行了如下的研究：　　理论研究方面，详细地研究了各种情况下尾流气泡的光散射特性。应用Mie理论计算了非吸收海水中尾流内干净气泡的单散射特性和气泡群的相位函数，进而分析了尾流的光散射特性，从理论上预测了可能存在的有效探测尾流气泡的方法。研究了气泡表面的有机膜对尾流气泡单散射特性和气泡群相位函数的影响。利用Mie理论研究了尾流气泡在吸收性海水中的光散射特性。从而对海水中尾流气泡的光散射特性有了全面的认识，为散射特性的实验研究和激光探测尾流具有可行性的研究提供了理论依据。　　实验研究方面，在实验室条件下进行了尾流气泡对532nm激光散射特性的研究，证明了利用气泡对激光的散射特性来探测尾流具有可行性。探测目标是利用自制的螺旋桨及其驱动系统生成的模拟尾流。采用接收平台和发射平台分开的收发分置光学结构研究了尾流气泡在5°～175°内角散射特性，以及采用收发合置光学结构实现了180°后向散射的测量，同时还研究了水的角散射特性。此外，编制了采集卡应用程序，解决了散射信号大动态范围的压缩问题以及讨论了接收视场内散射体积随散射角的变化。并且，将实验结果和理论计算结果进行了对比，研究结果表明利用激光可以探测到尾流气泡的存在。　　研制了探测尾流轮廓的简易激光雷达装置。利用一个角扫描系统实现了对尾流区域的二维扫描。首先利用简易雷达研究了三种不同尺寸螺旋桨在两种转速下生成的尾流，其中主要对尾流轮廓、尾流内气泡散射强度以及尾流内气泡数量随速度和尺寸的分布规律进行了研究，并讨论了螺旋桨尺寸和转速对尾流这些性质的影响。同时还给出了界定尾流区和非尾流区的方法，实现了对尾流轮廓的半实物仿真。最后，验证了利用简易雷达装置试验的可重复性。简易雷达的实验结果再一次地表明了利用气泡对激光的后向散射探测尾流的存在具有可行性。　　信号处理方面，提出了采用功率谱密度估计处理气泡散射信号的新方法，成功地将平稳随机信号处理方法应用到气泡散射信号的分析中。首先，研究了气泡散射信号的时域信息，讨论了移动平均降噪法、IIR滤波降噪法和FIR滤波降噪法对气泡散射信号的处理。其次，利用离散傅里叶变换和功率谱估计研究了气泡散射信号的频谱特性。讨论了频域分析方法的优越性。最后，提出了三种估计气泡散射强度的方法，即阈值检测法、降噪处理法和功率谱估计法，并将三种方法处理结果与理论计算结果对比。研究结果表明功率谱密度估计是最合理的方法。