空中目标的红外光谱辐射特性是对目标进行光电探测、识别和跟踪的重要依据之一,对空中目标红外辐射特性的研究在深化目标隐身技术、探测隐身目标和提高红外探测器工作效率方面都有着非常重要的研究价值。空中目标不同于空间目标,其飞行的环境条件和飞行状态具有复杂性和多变性,并且蒙皮和高温尾焰在不同波段的红外辐射特性差异很大,所以研究不同探测平台中探测器接收的多波段目标红外辐射特性对于提高红外探测器在不同工作环境中的探测效率具有非常重要的意义。飞机等空中目标的发射成本较高,并且复杂条件下的目标红外辐射特性难以获取,所以对空中目标进行红外辐射特性建模和成像仿真可以节约外场试验中耗费的成本,缩短红外探测器的研制时间,并对其进行有效的评估。本论文针对空中目标探测和识别的应用需求,完成了对典型空中目标红外辐射特性的理论建模与成像仿真,研究了不同探测平台中目标的红外辐射特性及环境对其产生的影响以及目标的红外成像仿真中的关键技术并对算法进行优化,搭建了空中目标的红外成像仿真平台,为空中目标红外成像探测系统的探测器参数选择和探测角度选择提供重要的参考依据。具体来说,本论文主要做了如下几个方面的工作:1.对空中目标蒙皮、尾喷管和尾焰的多光谱红外辐射特性进行了理论分析和建模仿真;基于驻点温度法计算蒙皮的表面温度,分析了目标飞行速度、飞行高度和飞行所处的地表环境对蒙皮红外辐射的影响;基于C-G谱带模型法,并考虑碰撞展宽效应和多普勒展宽效应对尾焰进行建模,分析了高温尾焰在短波波段的红外辐射特性。2.对空中目标红外场景仿真中的关键技术进行了研究,针对探测器接收的目标自身红外辐射的问题,综合考虑太阳辐射、地面辐射和天空背景辐射,建立蒙皮表面的热平衡方程,计算表面温度分布,使用光线投射算法对目标面元进行可见性分析,计算可见面元的自发红外辐射;针对红外场景仿真软件中的环境辐射问题,建立了基于Cook-Torrance算法的反射辐射模型,将目标表面面元看作微面元,充分考虑了场景中的各种环境光源,基于概率模型计算目标面元对环境辐射的反射。3.针对空中、地基和天基探测平台,分析探测角度、飞行姿态角、大气传输、环境辐射和探测波段对探测器接收的目标红外辐射特性的影响,使用MODTRAN的大气辐射传输软件计算探测方向上的大气路径辐射和大气透过率,使用改进的辐射度对比度模型分析不同探测条件下目标的探测效率,分析特定条件下的最佳探测角度和特定探测条件中的最佳探测波段。4.针对目标的红外辐射特性理论建模和红外场景仿真的真实性问题,将实验室环境拍摄的真实红外图像与生成的仿真图像进行对比分析,验证模型的仿真精度。本文对空中目标的红外辐射特性进行了分析,并且在上述红外场景仿真的关键技术基础上,搭建了适用于空中目标的红外场景仿真平台,为后续红外场景仿真软件的完善和整合以及探测系统的性能评估创造了条件。