近年来基于非负矩阵分解（Nonnegative Matrix Factorization, NMF）的高光谱图像解混方法引起了大家的广泛关注。但是由于NMF问题的非凸性，该方法并不能保证解的唯一性，容易陷入局部极小。为了缩小NMF问题的解空间，提高解混精度，提出了一种新的丰度重加权稀疏NMF（ARSNMF）的解混方法。首先，考虑到丰度矩阵的稀疏性,稀疏约束被添加到NMF模型中。接着，考虑到问题计算复杂、不易于优化，将其转化为重加权稀疏约束的形式，既实现了的稀疏效果，又解决了范数难以求解的问题。为提高算法收敛速度，采用交替方向乘子算法(ADMM)对模型进行优化, 将目标函数拆分成几个子问题进行独立求解。基于仿真数据和真实数据的仿真实验验证了该解混算法的有效性。

电阻阵列红外仿真技术至今已发展为一项较为成熟的红外成像仿真方法，不仅像元规模越来越大，制造工艺水平也越来越高。尤其是国外，已研制出大规模商用电阻阵列器件，并在众多**系统研制过程中得到了应用；国内在该方面同样取得了较大的进步，但是在传统的非均匀测试方法上国内研究还存在一些遗留问题未得到很好的解决。如实验中出现的莫尔条纹、边缘效应、映射与对准等相关难题很少有研究者提出详尽可行的处理措施。本文针对莫尔条纹和边缘效应问题，提出了一种基于点扩散函数估计的迭代非均匀性测试方法，实现了条纹干扰和边缘效应的去除。此外，本文对于映射比大于 1:1的情况进行了仿真验证，对比了不同映射比和不同非均匀程度对校正效果的影响，给出了进行下一步实验的理论基础。

非均匀校正技术是电阻阵列红外动态景象投射器的关键技术之一, 国外早已在该领域取得了突破性研究成果, 已实现了精确校正, 并且得到工程化应用。而国内研究则进展较缓, 校正精度不足。本文以 Flood测试法为基础, 以盲复原迭代方法为研究对象, 结合国内研究现状对该方法进行了完善和验证。实现在无需估计点扩散函数的条件下, 利用对探测数据的处理消除了观测噪声和边缘效应的影响并且实现了残余非均匀性小于 1%的校正。

飞行器红外成像的关键技术是将接收的红外辐射能量转换为可见的灰度图像。基于飞行器红外辐射特性和红外传感器的成像原理，提出了一种利用射线跟踪（Ray tracing）结合反向蒙特卡洛法（RMC）的飞行器目标红外辐射图像生成技术的实现方法。首先利用三维建模软件建立飞行器的几何模型，并利用商业软件 ICEM对模型进行网格划分，然后基于流体力学基本守恒定律 ——N-S方程组的基本原理，利用 Fluent软件对飞行器外流场进行数值模拟，获得飞行器的温度场分布，最后利用反向蒙特卡洛法对射线的辐射传递过程进行概率模拟计算，利用 MODTRAN进行了大气传输衰减的透过率计算，利用射线跟踪技术获得了飞行器的红外辐射图像。

以某型战斗机为研究对象, 通过三维建模与网格划分过程建立飞机的流场计算模型, 基于商用CFD软件ANSYS Fluent 16.0 对飞机的外流场特性进行数值模拟。计算中利用太阳射线追踪算法综合考虑了太阳辐射对机身温度场的影响, 采用离散坐标法(DO辐射模型)对辐射传输方程进行耦合迭代计算, 利用不带化学反应的组分输运模型(Species Transport Model)模拟燃烧后高温尾焰喷射过程, 获得了飞机外流场的温度、浓度及尾流组分分布数据。简要分析了太阳辐射对温度场变化的影响, 飞行马赫数对流场红外辐射的影响以及尾焰流场分布情况。分析表明: 太阳辐射对蒙皮加热较小, 最高升温效果仅为5 K左右, 随马赫数的增加飞行器机身背部与腹部红外辐射强度差异明显, 最高时腹部辐射强度为机身最大辐射强度2倍左右, 激波作用下尾焰后方会出现最高450 K和580 K两个间断的核心高温区域, 尾焰红外辐射强度分布符合梨形特征分布趋势。

建立飞机几何模型进行非结构化网格处理, 基于 Fluent软件对飞机在外流场作用下的气动热进行了数值模拟计算, 综合考虑尾喷管、尾焰辐射对飞机机身温度的影响, 获得飞机表面的温度分布数据, 然后基于反向蒙特卡洛法建立飞机机身红外辐射特性计算模型, 利用辐射传输方程计算尾焰红外辐照度, 通过灰度转换获得飞机的红外图像。

针对红外目标识别问题，提出了一种基于协方差描述子和核稀疏编码的红外目标识别方法。该方法结合了红外图像的灰度、一阶以及二阶梯度等特征的协方差描述子作为红外目标的特征，并采用 Log-Euclidean度量进行特征相似性计算，通过高斯核函数将协方差描述子映射到高维空间，最后在新的特征空间上进行稀疏编码。实测数据实验结果表明，与传统的 KNN（k-nearest neighbor，k最近邻）以及 SVM（support vector machine，支持向量机）等分类算法相比，基于核稀疏编码的红外识别方法在识别准确率上有很大的提高。

作为前视红外成像末制导的关键部分, 红外目标跟踪是一个极具挑战性的课题。本文针对前视红外建筑物目标, 提出了一种基于协方差描述子稀疏表示的红外目标跟踪框架。首先, 提取红外建筑物目标的协方差描述子特征; 其次, 由于协方差描述子属于黎曼空间, 采用 log-Euclidean变换将其转换到欧式空间; 最后, 在粒子滤波的理论框架基础上, 采用目标在字典中的稀疏表示作为观测模型, 对红外建筑物目标进行表示, 通过贝叶斯状态推理框架进行目标跟踪。对前视红外建筑物目标的跟踪实验表明, 该方法在跟踪准确度及鲁棒性方面体现出了优良的特性。

烟幕、灰尘、云、火焰等不规则物体的实时红外仿真技术是战场环境红外图像实时生成的关键技术和难点之一。以烟幕红外仿真为例, 首先基于Navier-Stokes方程对烟幕的外形进行了建模, 给出了其初始化和边界处理方法; 然后基于灰体辐射模型和光线投射算法考虑了烟幕自身辐射和太阳光照射两种因素对烟幕的红外辐射特性进行了建模; 最后, 利用CUDA并行计算工具对基于物理模型的烟幕红外仿真进行了实现, 成功地将红外烟幕嵌入到基于Vega的红外场景中, 并对利用Vega粒子系统产生的红外烟幕和基于物理模型的红外烟幕的效果进行了对比。仿真结果表明, 基于物理模型的烟幕红外仿真满足实时性需求, 且具有真实感强, 可控性好的优点。

电阻阵列作为红外景象投射器必须进行非均匀性校正，而校正方法的实时性又必须满足系统帧频要求。通过设计实时性评估软件，对以往耗时较长的CPU 数据处理方法进行改进，提出基于CUDA的GPU 并行数据处理方法，并应用PBO 技术做进一步优化。测试结果表明，该方法能够大幅提升数据处理速度，理想的系统实时性为后续更大规模的电阻阵列数据处理提供了时间余度。