基于机载红外搜索跟踪(IRST)系统噪声源的特点,建立了一种探测概率模型,分析了探测过程中阈噪比对探测概率、虚警概率的影响。基于作战背景,分析了探测距离、目标速度、作战环境对探测概率的影响。在探测过程中动态设置阈噪比,给出了具体求解方法,并对不同任务需求下的阈噪比取值范围进行仿真分析。利用求解的阈噪比值,仿真得出了变阈噪比情形下的探测概率包线。研究结果表明,与恒定阈噪比方法相比,采用变阈噪比求得的概率包线能够适应实时变化的空战条件,普适性更强,探测距离明显增大。

为了根据光谱特征维度对点目标机动模式进行辨识,建立了点目标机动模式与光谱信号的映射关系,研究了目标机动过程中观测方向点目标的多光谱辐射特性。提取多光谱辐射信号特征,构建了双色比特征空间模型。利用高斯混合模型的聚类方法,深入分析了双色比特征空间的迁移和可分性特性,得到了点目标不同机动模式特征子空间迁移矢量和相邻矢量夹角余弦的变化规律,并得到特征子空间可分的最小姿态角变化量Δα=6.25°,可分距离阈值D_th=2.6,这为辨识点目标机动模式提供了依据。根据双色比特征子空间的特性,提出了基于时序特征子空间的点目标机动模式辨识方法,仿真验证结果表明,该方法简单可行,对点目标的机动模式辨识具有较高的灵敏性和可分性,这对获取超视距作战环境中点目标的机动信息具有重大意义。

通过建立目标光谱辐射的包络模型和目标姿态角的动态特征模型,分析了目标机动模式与姿态角变化率之间的关系。建立了红外辐射的响应信号模型,并对影响信号特征的关键因素进行了理论分析。结果表明,空间距离的指数项和高次幂项是影响红外辐射信号幅度整体变化趋势的主要因素,目标姿态角的变化率对红外辐射响应信号的局部特征影响显著,且红外辐射响应信号的时间导数与目标姿态角的变化率成正比。选取三种典型的目标机动模式进行了仿真实验,结果表明,不同机动模式下目标红外辐射响应特征信号的差异性显著,这为目标机动模式的识别提供了可行性,对空间机动目标的跟踪、机动检测和态势评估具有较大意义。

针对当前红外搜索跟踪系统的测试设备存在测试项目单一的问题, 结合作用距离测试原理及动态靶标的研制思路, 设计了一种兼顾测试作用距离及跟踪精度的测试设备。为获得良好的远距离点目标动态模拟效果, 采用控温黑体与渐变式衰减片组合的方式模拟远距离目标, 使用双反射镜旋臂系统模拟目标运动过程, 并对测试设备控制系统进行了规划。在对测试系统各部分测试精度进行分析的基础上, 对由旋臂转动造成的误差使用有限元分析软件进行重点分析, 在旋臂转速为6 rad/s时, 跟踪测试精度误差为0.004 mrad, 可以满足测试精度要求。该设计为红外搜索跟踪系统测试设备的研制及改进提供了可行的方法及理论基础。

针对机载IRST系统理论探测与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题, 首先分析了机载IRST最佳工作点与作战需求和探测能力之间的关系, 然后考虑了目标机相对载机进入角、方位角、俯仰角和环境背景辐射等作战因素, 建立了机载IRST角水平和角俯仰探测能力模型, 最后综合作战环境和探测概率特性提出探测概率包线概念, 建立了机载IRST作用距离探测概率包线模型, 并定量分析了不同空战态势中机载IRST的探测能力及其概率。从仿真结果可以看出, 当满足一定的虚警概率和信噪比要求时, 探测概率包线的分布特性具有最佳探测点, 这为引导战机扭转战场态势, 充分发挥机载IRST作战效能提供了理论参考, 也为模拟真实战场环境和在实验室进行试验提供了一定的理论支撑。

针对机载光电系统理论与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题，分析得到了目标反射背景辐射的空间分布函数，并给出了具体量化方法，进而研究了目标本征辐射特性，建立了水平和俯仰面内的辐射强度包线模型；之后考虑各种作战因素，给出了机载光电系统角水平和角俯仰探测能力包线计算方程式；最后提出探测概率包线概念，得到了机载光电系统作用距离与探测概率关系，并定量分析了机载光电系统探测包线的概率特性。仿真结果表明，探测包线随目标速度、方位、俯仰的变化而实时变化；当满足一定的虚警概率和信噪比要求时，探测概率包线具有最佳探测点，这为充分发挥机载光电系统探测性能提供了理论参考。

建立了激光成像雷达探测目标的数学模型，分析了目标成像点轨迹形成的整个过程，讨论了距离像上的目标回波强度与目标距离之间的关系，得出了单次脉冲成像回波峰值点在像面上的坐标分布函数。设计实验并提出了一种动目标三维轨迹检测的方法，利用自适应阈值法对激光雷达实验图像进行了处理，得到了目标成像点轨迹分布；对比了距离像的理论和实验数据，结果表明理论模型检测的目标轨迹结果与实验结果误差控制在2%以内，具有较高的吻合度，所得结论可为目标轨迹预测以及意图判断提供参考意义。

分析了空中目标态势的影响因素以及与激光脉冲回波参数的关系；考虑了目标的距离、速度、进入角和尺寸等因素对脉冲时延和展宽的影响，建立了相应的关系模型，得出了不同因素对脉冲时延和展宽有不同影响程度的主要结论；探讨了激光大气斜程传输过程，提出了一种激光大气斜程透射率计算方法，对一般的激光大气传输能量衰减模型进行了改进，得出激光脉冲能量随距离的增大和目标投影面积的减小而呈现指数衰减规律；搭建了实验系统平台，并对实验采集的回波数据进行了分析；对比了脉冲展宽理论计算结果与实测结果，二者相对误差控制在6%以内，具有很好的符合程度，验证了所建模型的有效性。得出的结论具有为反演空中目标态势信息提供一定参考的价值。

结合距离选通技术在机载激光主动成像中的应用，对距离选通模型参数的时序关系进行了分析，得出了大气后向散射范围和单位截面的脉冲前点和后点时刻；给出了大气后向散射光强计算方法，并对机载激光主动成像斜程探测距离进行了修正；利用散射截面上点的物像关系，建立了探测成像系统光路图，给出了散射截面反射点与增强电荷耦合器(ICCD)探测器面接收点位置光强的对应关系；通过数字仿真分别得到水平和斜程探测器面光强的变化规律，以及像面上的光强分布情况；搭建了外场实验平台，得到实测结果与仿真结果的数据相对误差基本控制在5%以内，具有很好的符合程度，实测结果验证了所建模型的实效性。