高超声速飞行器的高温窗口会对红外导引头成像性能产生严重影响。为了定量分析高温窗口效应，通过红外导引头信号响应特性和高温热辐射特性耦合的方法，建立了高温窗口作用下的红外导引头成像量化表征模型，并利用典型红外导引头系统高温窗口实验对该模型进行验证。基于量化表征模型，结合外场试验获取的船海辐射数据，实现了多种温度窗口作用下红外导引头成像结果计算，并对高温窗口作用下的红外导引头成像性能进行评估分析。分析结果表明：当窗口温度超过250 ℃时，肉眼基本无法通过图像分辨船只；当窗口温度超过300 ℃时，基本无法通过导引头识别算法实现目标的分辨和跟踪。

针对单通道合成孔径雷达无法检测慢速地面运动目标( GMTI)的问题, 提出了一种基于距离走动效应对运动目标检测的新算法。首先对运动目标的回波频谱进行详细分解, 提取了运动目标在距离压缩后距离走动曲线与地面静止目标的区别。基于此区别, 通过对距离压缩后图像附加一对符号相反的距离走动相位, 并在图像域对附加相位后的图像进行对消, 可实现图像域地杂波的对消, 以及运动目标的检测。通过设计仿真试验, 验证了该算法可在图像域对静止回波进行有效抑制, 从而检测出混叠在地杂波中的慢速运动目标。

为改进空间目标天基实时监视能力, 研究了美国在空间中段实验卫星上搭载的对空间目标进行在轨检测与跟踪的信号处理器的工作方案。针对该处理器在目标运动轨迹提取阶段采用的先二元速度滤波再能量累积判决的“筛选-确认”解决方案, 提出了两点改进方法：一是在“筛选”阶段增加运动速度约束条件, 二是在“确认”阶段增加样本均差约束条件, 使其在降低虚警概率的同时提高检测概率, 从而普遍适用于复杂背景成像条件下运动点目标轨迹的提取。最后, 利用实际获取的云层背景图像数据库仿真生成了包含多运动目标的时序图像序列, 并以此作为输入信号源分析比较了原算法与改进算法的性能差异。仿真实验结果表明：改进算法在二元速度滤波后候选条痕减少到原算法的50%以下, 处理器运行时钟周期数从8.0×106次降低到7.1×106次; 最终检测结果显示, 改进算法判决门限的合理取值范围增加到20左右, 可以实现对多运动目标的实时检测。

为提高空间目标天基实时监视能力，对美国在空间中段实验卫星上搭载的空间目标在轨检测与跟踪信号处理器采用的基于时序多帧投影策略的MTI (Moving Target Indicator)算法进行了深入研究，并提出了一种基于时序差分标准化最大值投影的云杂波背景抑制算法。系统地阐述了时序多帧投影算法的思想与典型投影算子的设计方法；针对云杂波成像场景，对MTI算子提出了两点改进方法，即引入相邻帧差分算子与次序统计量中值估计算子来提高对云杂波成像背景的抑制能力，增强背景抑制算法的稳健性；最后，利用实际获取的云层背景图像数据库，仿真比较了不同投影算法的性能差异及影响算法性能的主要因素。仿真实验结果表明：对于输入信杂比小于2.0的弱小目标图像，本文算法的输出信杂比达到5.8以上，比MTI算法平均提高了1.0左右，有效解决了云杂波成像背景的弱小目标检测问题。

为了研究地球同步轨道卫星红外扫描相机图像星上处理技术，分析了美国**支援计划(DSP)卫星Phase-Ⅱ阶段和改进后的星上信息处理机的基本处理流程，提出了一种适用于星上工作环境的红外扫描图像点目标检测双通道滤波方法。首先，采用均值滤波抑制背景，对背景去除后的残差图像进行自适应门限探测；在门限滤波的同时，采用峰值判别算法对峰值数据进行检波以降低自适应门限滤波产生的虚警；最后，采用融合算法对超过门限的图像及峰值检波图像的双通道数据进行目标确认。该算法在保证高目标检测率的同时降低了虚警率，简单可行且利于硬件实时实现。实验结果表明，当目标信噪比>6时，检测概率可达99.3%(虚警率为1.3×10-3)；算法实时性分析表明，处理器主频为200 MHz时，算法处理能力为56.45 Mb/s，满足天基信息处理要求。

为了及时发现导弹目标，美国**支援计划(DSP)系统采用了大气吸收波段进行探测。本文对该系统的波段设置及其选择方法进行了探索性研究，提出了一种基于背景杂波模型的波段选择方法。推导了简化的场景辐射参数表达形式，建立了场景空间杂波辐射模型，分析了中短波红外吸收波段内背景杂波辐射的主要影响因素，给出了综合信噪比解析式。然后，在可能的目标辐射特性与背景杂波水平内选择出最佳工作波段，使得探测系统对辐射特性相似的一类目标的综合探测性能达到最佳。最后，通过算例说明了该方法的有效性。计算分析表明，系统最佳探测波段与场景的杂波辐射水平以及目标的辐射特征密切相关。在不同的杂波水平下，对两种发动机喷焰的目标探测时，DSP的最佳工作波段为2.73~2.85 μm与4.2~4.43 μm。

为了提高空间目标光学特性的计算精度,提出并实现了一种基于缩比模型实验的空间目标光学特性计算模型参数校验方法。首先,分析影响空间目标光学特性的主要因素,确定计算模型参数校验的总体方案;其次,构建空间目标光学特性实验测量系统,采集两类实验被测对象(表面材料与目标缩比模型)在不同条件下的光学特性数据;最后,建立基于实验测量数据的计算模型参数校验算法,对空间目标表面材料与几何结构的光学特性计算模型参数进行分步校验。实验结果表明,校模后的目标特性计算结果与实验结果在统计意义上趋近一致,该计算模型的校验方法可满足近程光学导航实际工程应用的要求。

在轨光学相机探测图像数字仿真系统可为空间相机的方案设计、信息处理算法研究与验证及地面性能测试等提供技术支持。本文根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标的相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了干扰因素对成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等,根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算(探测星等>9 mV,计算误差<10%),提高了仿真图像的逼真度;最后,根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open×GL技术实现了仿真软件并根据具体的在轨光学相机CCD与光学系统参数对探测图像生成方法进行了仿真验证。结果表明,该系统能够满足空间相机研制与性能测试的要求。

提出了一种相机在回路的星空背景数字图像生成方法。依据光度量与辐射度量的关系,建立恒星成像信号强度模型,计算目标在焦面的成像强度。通过星图软件SKYMAP对天区内恒星数目及星等进行统计,拟合得到相机观测视场内恒星数目与星等的统计函数。使用该统计函数模拟相机视场内的恒星数目及其对应的星等。最后,基于成像信号强度模型、恒星数目及星等的统计函数以及恒星在焦面的成像特性,提出全天区统计的星空背景数字图像生成方法。基于具体的相机CCD与光学系统参数,对星空背景数字图像生成方法进行仿真验证。结果表明,该方法可生成较大星等(星等＞10)的星空背景图像,基本满足了现有空间目标检测与跟踪算法对星空背景数据的要求。