针对实测红外图像数据集构建难度大、测试制作成本高的问题，本文提出了一种非成对训练样本条件下的生成对抗网络VTIGAN，实现不同场景下可见光到红外（Visible-to-Infrared，VTI）的高质量图像转换。VTIGAN在transformer模块基础引入了一个新的生成器学习图像内容映射关系，通过重组目标风格特性实现图像风格转换，同时使用PathGAN作为判别器强化模型的图像细节信息生成能力，最后联合对抗损失、多层对比损失、风格相似性损失、同一性损失四种损失函数对模型训练过程进行约束。将VTIGAN与其他主流算法在可见光-红外数据集上进行了广泛的对比实验，同时使用峰值信噪比、结构相似度和Frechét inception distance 3个评价指标进行定量评估和主观定性评价。实验结果表明，VTIGAN相比于次优的UGATIT算法在PSNR，SSIM和FID三个指标上分别提升了3.1%，2.8%和11.3%，有效实现了非成对训练样本条件下可见光到红外的图像转换，且对于复杂场景的抗干扰能力更强，生成的红外图像清晰度高、细节特征完整、真实感强。

空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题，对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响，基于Creator与Vega软件平台相结合，提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性，在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模；根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析，将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型；确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响，然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明：该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高，能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。

在采用一束激光辐照电荷耦合器件（Charged Coupled Device， CCD）图像传感器时，串扰效应是最重要的干扰之一。本文采用532 nm激光对一个行间转移型CCD进行辐照实验，观测到了一系列串扰现象，计算CCD的饱和阈值为0.32 mW/cm²。根据行间转移型CCD的工作原理和驱动脉冲时序，将串扰效应分为积分周期内的溢出和读出转移时的溢出两个过程，并据此开展了串扰效应图像的仿真研究。首先基于高斯光束传输变换规律对探测靶面的激光能量分布进行了仿真，然后根据光电转换效应对光生电荷分布进行了仿真，对串扰效应的两个溢出过程进行仿真得到了串扰电荷分布，最后对电压检测和灰度量化过程进行仿真得到了串扰图像。统计计算得到仿真相对误差均小于40%，说明仿真结果与实验结果吻合得很好。

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性，采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程，根据本体与三维尾焰的成像几何关系，采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像，采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像，建立了目标投影算法，并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度，实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明：投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像，目标红外图像辐射分布与温度分布一致，尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好，CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率，当计算量较大时，蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。