MOS电阻阵目前在红外仿真领域有着广泛的应用和重要的作用。作为红外半实物仿真链路中的核心器件, 其成像效果直接关系到最终仿真结果的准确度和置信度。目前的红外仿真数字信号进入电阻阵后会产生一系列图像退化和耦合失真问题, 因此需要从MOS电阻阵的成像机理出发, 分析其成像原理及能量传递过程, 针对单个像元建立符合其自身物理特性的过程及辐射模型。通过输入信号与输出信号的函数关系来量化和验证模型的准确度和置信度。这个模型作为MOS电阻阵的基础模型对未来研究更大规模电阻阵的耦合特性、反向模型及非均匀性校正均有重要的理论基础和实际工程应用价值和意义。

为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异, 设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎, 包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面, 采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明: 照明光学系统的照度均匀性优于94%; 中波(3.7~4.8 μm)和长波(8~12 μm)内, 变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF, Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4; 系统畸变小于0.5%, 满足使用要求.

红外发射率的准确计算是舰船湍流尾迹红外仿真与特性分析的基础。文中以湍流尾迹对Cox-Munk海面坡度概率密度分布的调制模型为基础, 结合海面双向反射分布函数, 研究了典型环境下舰船湍流尾迹海面红外发射率的计算方法; 研究了机载小天顶角、船载大天顶角观测时, 舰船湍流尾迹长波8~9 μm红外发射率的分布规律, 得到了湍流尾迹与海面背景发射率的差别随观测天顶角的增大而增大的结论; 仿真计算得到了秋季阴天船载式探测条件下, 典型舰船湍流尾迹的红外辐射亮度, 并与海上试验数据进行了对比, 结果表明湍流尾迹的自发辐射亮度低于海面背景, 表现为"冷尾迹"的特征。

针对近红外场景仿真中需要将不同材质分类的问题，提出一种谱聚类的灰度纹理图像分割方法。首先利用mean-shift 算法，将原始图像预分割为多个具有准确边界的同质区域，并将这些区域描述为超像素；进而，将超像素构造的无向加权图作为谱聚类的输入，通过谱聚类的方法解决超像素的过分割问题。本文的方法在谱聚类过程中考虑了超像素的纹理特征，弥补了灰度图像在谱聚类过程中只顾及灰度和空间信息的不足。实验结果表明，利用本文分割方法不但减少了运算量，并且为精细的近红外场景仿真奠定了基础。

本文针对临近空间高超声速飞行器的红外特性进行建模仿真与分析。以美国X-51A 的飞行器模型为例， 综合考虑目标的运动状态、大气环境等的影响作用， 使用FLUENT 软件和SE-WORKBENCH-EO 软件建立目标三维温度场模型和红外特性模型，并分析其红外特性。

针对红外半实物仿真试验中DMD红外景象仿真设备存在的时序同步、高帧频显示、光学匹配等使用问题, 设计与研制了一套能够与常见被测红外凝视成像设备匹配使用的基于DMD的红外景象仿真设备。首先提出了合理可行的同步延时驱动方案和显示控制方案, 设计与研制了同步信号处理电路和驱动电路, 实现了仿真图像的时序同步和高帧频显示; 其次根据常见被测红外凝视成像设备的光学参数, 进行了光学系统设计与仿真, 研制了照明光学系统和投影光学系统, 实现了与常见被测红外凝视成像设备光学匹配。检测结果表明: 该设备能够与多种被测红外凝视成像设备在时序上保持同步, 并实现光学匹配, 输出的仿真图像帧频可达300 Hz、最大可模拟温度为160 ℃、最小可模拟温差为0.03 ℃、最大图像对比度为0.7、空间非均匀性优于1%, 已在红外半实物仿真试验中发挥了巨大作用。

红外仿真作为一种新型仿真手段，以其仿真可信度高、重复性好、实验成本低等优点在**领域得到越来越广泛的应用。为满足红外仿真系统的要求，调节红外短、中波段能量的比例，对系统中的滤波器进行研制。选择Ge和SiO作为高低折射率材料，利用Ge在可见光和近红外的吸收特性，通过叠加膜堆展宽反射带，采用TFCalc软件的变度量（variable metric）法对双波段能量调节、超宽截止带滤波器进行优化设计。并针对不同材料的特性，分别采用电子束蒸发和电阻蒸发技术，制备了相应的滤波器。通过逆向工程方法分析消光系数对透射率的影响，解决了膜系透射率偏低的问题。制备的滤波器在300~1900 nm和5500~7500 nm波段透射率小于1%，在2000~2500 nm波段平均透射率为90.6%，在3700~4800 nm波段平均透射率为35.7%，满足该系统环境测试要求。

准确逼真地生成红外目标的仿真图像需要准确模拟红外传感器效应。采样和光学模糊效应是红外传感器典型的主要效应。首先讨论了采样和模糊效应的数学模型。然后，同时考虑这两种效应，采用光线追迹的方法将两种效应的算法融合成一种，提出一种新的数学模型。根据建立的模型，得到采样与光学模糊效应共同作用的仿真图像。实验结果表明，所建立的仿真模型能够体现出采样和模糊效应对图像的退化作用，有利于提高计算的准确性和有效性，提高了红外图像模拟的置信度。

针对红外仿真系统中杂散辐射会影响模拟像面温度均匀性的问题，提出 了像面温度偏差这一概念，并给出了像面最大温度偏差值的计算方法。建立了用于计算像面最 大温差的红外仿真系统简化模型。定义了能反映像面温度变化的局部辐照度偏差系数。推导了 局部辐照度偏差系数与像面最大温差的表达式，给出了红外仿真系统像面最大温差的一般计算 步骤。通过实际算例演示了该计算方法，并设计了验证实验。结果表明，测试得到的像面最大 温差均在理论计算数值范围内，从而验证了该方法的正确性和有效性。