建立了红外预警卫星直视地表(See-To-Ground, STG)波段探测能力计算模型, 并仿真研究了STG最佳探测波段范围以及该波段在导弹预警中可能具备的能力。首先建立了固体、液体导弹尾焰红外辐射模型、地球/大气环境特性模型、点目标辐射通量表观对比度模型、预警卫星系统噪声模型和最低探测高度模型; 其次, 利用上述模型分析了固体和液体导弹尾焰的表观对比光谱分布规律, 认为将STG波段选定为2.86~3.0 μm最具合理性; 然后, 通过分析液体和固体导弹尾焰在该波段的表观对比度光谱随高度的变化规律, 初步探讨了STG波段的导弹探测能力; 最后, 通过分析不同条件下预警卫星对导弹的首次探测高度, 系统研究了SBIRS-GEO预警卫星在STG波段的探测能力。研究结果表明: STG波段对固体导弹则具有较强的早期预警能力, 而对液体导弹的早期预警能力则相对较弱。

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型, 进一步建模计算了典型液体和固体火箭尾焰在不同高度的红外辐射特性, 使用通用大气辐射传输(CART)软件计算了典型大气条件下的地球/大气背景辐射以及不同高度处大气的透过率和路径辐射, 在此基础上以典型液体和固体火箭为例, 计算了尾焰在不同高度处的辐射通量表观对比度光谱.结果表明： 不论液体还是固体火箭, 在2.55～2.85μm和4.19～4.48μm波段的辐射通量表观对比度都比较大, 红外预警卫星工作波段可以选为上述波段.

为了定量研究复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响，建立了一个可以计算固体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型：使用Fluent软件计算固体火箭尾焰复燃流场；分别使用窄带模型和米氏散射理论计算气体和Al2O3的辐射参数；使用有限体积法(FVM)求解尾焰中的辐射传输方程(RTE)。利用上述模型，分别研究了复燃对无Al2O3粒子和含有Al2O3粒子两种固体火箭尾焰红外辐射特性的影响，并分析了对二者影响差异的原因。结果表明，复燃使无粒子尾焰光谱辐射强度增幅显著，在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了46.4%和58.4%；复燃使含粒子尾焰光谱辐射强度增幅较小，在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个波段平均辐射强度的增加比例分别为7.7%和8.4%。初步分析认为，复燃使两种尾焰温度增幅不同导致了辐射增幅的差异。

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响, 建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先, 使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场, 其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算; 然后, 使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量; 最后, 使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan IIIB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性, 证明了该模型的正确性.最后, 利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响, 结果表明, 复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度, 在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8%和28.3%, 所以, 在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时, 需要考虑复燃的影响.

为了研究飞行参数对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响，利用FLUENT软件计算不同飞行参数下的尾焰流场，利用HITEMP数据库计算燃气的辐射参数，使用有限体积法(FVM)计算尾焰在2.0~5.0 μm波段光谱辐射特性。据此研究了火箭飞行高度和飞行速度对尾焰2.0~5.0 μm波段光谱辐射强度以及2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个波段辐射强度影响。研究表明，飞行高度和速度对液体火箭尾焰红外辐射强度的影响主要是通过改变流场的温度和尺寸实现的。飞行速度不变，在0~40 km范围内，随着飞行高度的增加，尾焰辐射强度呈增大趋势，并且在4.2~4.7 μm波段的辐射强度增幅较大；飞行高度不变，随着飞行速度的增加，尾焰辐射强度呈先减小后稳定趋势，且2.5~3.0 μm波段的辐射强度减幅较大。