机载红外探测系统在近地背景下检测目标时, 地面将对弱小目标产生严重的干扰, 导致传统检测方法对弱小目标的检测性能下降。针对该问题, 利用生成对抗网络提出一种近地背景下的机载红外探测系统弱小目标检测方法。将深度自编码器作为生成对抗网络的网络框架, 引入inception机制对视觉信息进行多尺度特征提取, 并引入残差块来缓解梯度消失问题。在神经网络的对抗训练中, 生成器考虑了移动损失与对抗损失两个损失函数, 提高了生成器的训练效果。最终, 在公开的无人机机载红外探测数据集上完成了实验, 结果表明所提方法能在近地背景下成功检测出红外弱小目标, 且检测的平均精度与速率均优于其它对比方法。

以无人机（UAV）集群为研究对象，针对空天红外探测系统对UAV集群的探测能力进行分析。将UAV集群飞行过程划分为三个阶段并对其红外辐射特性和成像特性进行建模分析；对于探测距离模型建模过程中对目标成像的弥散特性考虑较少的情况，建立了基于弥散系数的噪声等效通量密度（NEFD）点目标探测距离模型。为验证所提出的探测距离模型的有效性，采用不同建模方法、不同弥散系数对比的方法分析探测距离随目标的信噪比（SNR）和速度的变化情况。仿真结果表明所提模型的探测距离优于其他建模方法，探测距离随着目标飞行速度的增加而增大，随着信噪比的增加而增大，同时弥散系数随着探测距离的变化而变化，所建立的弥散系数求解方法得到的探测距离优于其他方法。

运用理论分析和数值模拟方法, 建立了光学系统结构件的受辐照加热模型, 以及结构件和光学元件的红外辐射在焦平面上形成的照度分布模型。并据此编制了仿真计算软件。通过该软件计算结果分析了激光照射在红外光学系统上所造成的温升分布情况, 以及由此产生的光学元件和结构件的二次辐射效应。对一种典型结构的光学系统温升效果进行了仿真计算, 并探讨了二次辐射对探测器工作的影响。发现即使入射激光波长与红外探测系统的工作波段不匹配, 仍然可能通过二次辐射对探测器的影响, 明显降低该系统的探测效能。

从杂散光抑制与体积压缩的需求出发, 设计出具备二次成像、实出瞳的紧凑型离轴三反光学系统。给出了一种二次成像离轴三反光学系统的初始结构搭建思路, 并运用自由曲面优化系统, 依据该方法设计出了焦距130 mm、F数1.3、线视场5°×0.1°的离轴三反光学系统。系统成像质量接近衍射极限, 具有二次成像和实出瞳的杂光抑制特性, 理论上可以实现100%冷光阑效率, 具有超小F数1.3的紧凑型特点, 可用于航空航天探测等对杂光抑制要求较高的**领域。

由于红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)已成为红外探测器发展的主流，用IRFPA的参数来评价红外探测系统的综合性能变得至关重要。推导了以噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)参数表示的红外探测系统的作用距离方程，考虑了背景辐射和目标成像弥散效应对探测的影响，计算了不同能见度条件下系统对点源目标的作用距离。结果表明，大气能见度越好，红外探测系统的作用距离就越远。分析了红外探测系统的探测能力随NETD值的变化。随着NETD值的增大，红外探测系统对目标的作用距离显著减小。研究结果能为红外探测系统的设计和性能指标评价提供参考。

以X-51A为例，研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先，根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型，以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型; 其次，综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素，建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型; 在此基础上，建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线，以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明: 飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级; 当飞行器飞行状态一定时，随着飞行器飞行高度的增加，系统对目标的探测距离先增大后减小; 与长波波段相比，中短波波段的探测距离更大，并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18 km的高空中的部署建议。