随着战场需求提高,对红外成像系统性能的要求越来越高,同时满足远作用距离、高灵敏度、高分辨率是未来红外成像系统研制中面临的难题。第三代红外探测器和光学系统的发展为红外成像系统性能提升提供了技术保障:小像元、大面阵、数字化读出电路的红外探测器提升了系统空间分辨率和灵敏度;体积重量不变前提下,大F数光学系统增大了系统作用距离。因此,大F数光学系统与小像元数字化红外探测器耦合研制的红外成像系统必将提高战场环境下红外武器装备的作战能力。为了缩短大F数小像元红外成像系统研制周期,有必要对红外系统全链路（目标-大气-光学系统-探测器-读出电路）成像质量精确建模以进行数字装配,实现全数字多参数优化设计及战场性能预估。围绕未来红外成像系统发展需求,本文针对大F数小像元红外系统成像特征,理论分析成像系统全链路对物空间辐射场多维度信号传递、转换与耦合匹配机制,深入研究光学系统与探测器匹配关系对红外系统成像质量退化机理、多参数耦合匹配对系统各维度性能指标（空间分辨率、灵敏度、综合性能）的权衡制约关系、复杂环境下红外系统成像特征退化机理;重点攻关解决大F数小像元红外系统成像多维度信号转换模型构建、面向系统综合性能提升的光学系统与探测器耦合匹配设计、模型驱动的红外成像系统多参数自动优化、远距离目标红外成像特征生成、复杂环境下红外成像系统性能评估等关键科学技术问题;提出模型驱动的红外成像系统多参数优化设计与评估方法,实现远作用距离、高灵敏度、高分辨率红外成像系统设计与评估。研究成果将为研制高性能红外成像系统奠定理论基础,为复杂战场环境系统性能评估提供技术支撑。主要研究工作如下:1.针对传统红外系统成像模型对大F数小像元红外系统高灵敏度、高分辨率等特征描述不准确的问题,本文研究了大F数小像元红外系统成像质量退化机理及建模方法。综合考虑大F数光学系统与小像元数字化红外探测器匹配耦合对系统各维度成像质量的影响,从能量转换维度、空间维度和噪声维度分析红外系统成像质量退化机理。根据大F数光学系统和小像元数字化红外探测器成像原理,研究大F数小像元红外系统成像多维度信号转换模型构建方法,为后文红外成像系统设计与性能评估提供理论基础。2.针对光学系统与探测器匹配关系影响红外成像系统性能的问题,本文研究了面向大F数小像元红外成像系统性能提升的λF/d权衡设计方法。理论分析光学系统与探测器匹配关系对空间分辨率、灵敏度和综合性能的影响,深入研究λF/d与红外成像系统性能的权衡折衷关系,重点攻关解决λF/d匹配设计提升系统成像质量的关键技术问题,提出面向大F数小像元红外成像系统综合性能提升的λF/d权衡设计方法,实现面向红外成像系统各维度性能提升的λF/d优化设计。3.针对红外成像系统多参数耦合匹配制约多维度性能的问题,本文研究了红外成像系统全数字多参数逆向优化设计方法。立足于红外成像系统各维度性能（空间分辨率、灵敏度、综合性能）表征方法,深入分析系统多参数与各维度性能的耦合制约关系,重点攻关红外成像系统多参数自动优化的关键科学技术问题,研究红外成像系统全数字多参数逆向优化设计方法,实现系统全数字一体化设计。通过对CA-295相机口径优化设计,验证多参数优化方法的合理性。4.远距离目标成像特征推演是准确评估复杂环境下红外系统成像性能的前提,针对这一问题,本文研究了远距离目标红外成像特征推演方法。依据目标全链路红外成像特征传递过程,综合考虑目标辐射特性、工作环境、红外系统空间响应特性、能量转换特性等,重点分析远距离目标红外成像特征退化机理,基于实测目标背景辐射场分布研究远距离目标红外成像特征精确推演方法。组织多次外场实验,通过对比实测数据和仿真数据,验证远距离目标红外成像特征推演方法的准确性。5.针对高分辨率、高灵敏度、远作用距离红外成像系统对环境干扰更敏感的问题,本文研究了复杂环境下红外成像系统性能评估方法。以红外系统全链路成像质量退化模型为指导,重点分析复杂环境下系统成像性能退化机理,研究复杂环境下红外成像系统性能评估方法,实现典型外场环境（不同探测方位、载体平台运动、复杂气象条件等）下红外成像系统性能预估,为武器装备性能预估提供理论依据。