潜艇是海军重要的作战力量，具有很强的攻击性和隐蔽性，潜艇探测预警技术一直是国际研究热点，其中潜艇水动力尾迹探测具有较高的实际应用性。条纹管激光成像雷达（STIL）是一种闪光式非扫描新体制激光雷达，具有高探测灵敏度、高距离分辨率和空间分辨率等优点。条纹管激光雷达能够高分辨成像海表面波，可高精度分析海面粗糙度变化，能够成像潜艇水动力尾迹，可用于实现潜艇探测。本论文围绕条纹管激光成像雷达海表面波探测，以分辨普通重力波中的微小尺度喷射流为目标展开研究。首先从激光与海水相互作用的物理模型入手，结合条纹管成像激光雷达的工作原理，分析和研究了条纹管激光成像雷达对海表面波进行探测的机理；其次，利用室内水池建立了一套完整的条纹管激光成像雷达水平推扫探测实验装置，该装置可用于条纹管激光雷对水面波进行推扫成像相关的实验研究，并且具有较高的自动化程度；再次，提出了适用于条纹管成像激光雷达进行微小尺度波浪探测的图像数据处理方法，该方法通过图像形态学处理，获取水面镜面反射点的信息，并利用统计方法进行分析，获得微小尺度喷射波浪的方向和分布范围，该算法处理速度较快并具有良好的可视化效果；最后，完成室内水池水面和室外海面扫描成像实验，验证了对海水反射模型的理论分析，通过对微小尺度波浪进行探测成像和数据处理，对浪高毫米量级的微小尺度波浪获得了良好的分辨效果，获得舰船尾流海表面波激光四维图像，通过对实际海面探测数据的处理和分析，验证了提出的图像数据处理方法在实际应用中的有效性。