以中高层大气背景的红外辐射特性和红外成像为研究目的，建立中高层大气背景探测模型和红外成像模型，分析中光谱分辨率大气辐射传输模式（MODTRAN）在红外波段的适用范围，利用战略高空辐亮度代码（SHARC）仿真分析3~5 μm波段不同观测参数下的中高层大气背景红外辐射特性，并建立相关辐射特性数据库，完成中高层大气背景红外辐射场景成像仿真。结果表明：3~5 μm和8~12 μm波段MODTRAN分别在切点高度50 km和70 km以下具有较好的计算精度；中高层大气背景辐亮度随着切点高度和太阳天顶角的增大而减小，随着观测天顶角的增大而增大；短路径和长路径的辐射特性分别由路径长度和处于低层大气的路径大气参数占主导影响；白天和夜晚的辐亮度分别在36 km和34 km为最大值，在75 km和85 km处为极大值。研究结果可为中高层大气背景红外探测提供理论支持。

临边红外观测是对辐射强度较弱空间目标的一种有效探测方式，探测临边背景的红外辐射分布规律直接影响目标检测跟踪的效果。通过实测图像对临边背景辐射统计特征进行建模：临边背景辐射亮度在地平线垂直和水平方向具有不同的分布规律，垂直分布与视线切线高度相关，水平方向可近似为正态分布，变异系数取值集中于[0.01，0.05]。基于建模成果提出了一种临边背景红外图像快速仿真方法，实验结果表明仿真图像与实测图像具有较高的一致性，验证了成像模型和仿真方法的有效性。同时，快速仿真方法耗时仅为常规逐像元仿真方法的1/200，能够满足实时仿真的需求。研究结果可应用于红外相机设计和目标检测算法测试等领域。

飞行器所在环境的红外辐射特性对其红外特征存在着重要影响，因此对飞行器背景进行红外辐射研究很有必要。对地球大气系统进行观测时，视场中仅由大气区域构成的地气系统范围称为临边背景。基于中光谱分辨率大气辐射传输模式利用大气辐射传输理论建立了临边红外辐射计算模型，针对3~5 μm 和8~14 μm 典型波段，计算了各纬度冬夏两季的临边背景红外辐射，获得了影响临边背景红外辐射的主要因素，即切线高度、纬度、季节、气溶胶和波段并对其进行分析，为地球临边背景红外辐射探测提供了理论支持。