图像是机载红外成像系统中最常用的信息载体,高质量的图像可以更好地传达地面、海面等目标背景信息。但是复杂气象环境在目标成像过程中造成极大干扰,导致机载红外成像系统采集的图像出现模糊、噪声、相位畸变、内容丢失等现象。气象环境中的大气湍流和气溶胶对红外辐射的影响最为明显,其中大气湍流用大气折射率结构常数来表示,气溶胶用能见度表示。通过对不同折射率结构常数、不同气溶胶的分析对提高图像质量和机载红外成像系统在两种气象环境下的目标捕获、跟踪识别提供实际指导,对理论分析进一步完善。因此本文开展的主要内容如下:首先,通过红外成像系统的成像过程构建模型,在该模型基础上和在大气传输理论的基础上,基于大气折射率随机起伏模型,并综合考虑载机的高度为变量构建大气湍流强度,建立机载红外成像系统下的大气湍流动态模型,最终通过动态调制传递函数表示。然后基于米氏散射理论的大气散射模型,利用不同气溶胶浓度对红外辐射的差异性,以3～5μm中波红外在大气传输中的透过率为混合因子、以能见度来表示气溶胶浓度,以场景深度来实现机载红外成像系统与观测目标距离的实时变化,以此建立气溶胶动态仿真模型。然后,类比真实红外场景,通过红外辐射的物理模型,构建三维动态场景,在该场景中,加入大气湍流和大气气溶胶效应。对于大气湍流,主要的实现方式是不同高度下生成大气折射率结构常数,通过大气折射率结构常数构建湍流调制传递函数,由大气折射率功率谱密度滤波高斯函数,作为湍流调制传递函数的波动函数,两者相加,并间隔时间内变化,产生湍流的动态模糊效果。对于气溶胶,首先获得视口与目标背景的距离,存在顶点程序中,再以大气能见度为变量,如此实现气溶胶以场景深度、能见度为变量的动态过程。最后,在机载红外成像系统中模拟复杂气象环境的主要目的是通过灰度分布、对比度、边缘检测等客观定量分析,结合机载红外成像系统的物理成像过程,综合得出气象环境会对机载红外成像系统造成灰度值范围缩小、目标与背景的对比度下降,边缘细节信息丢失的影响。同时评估机载红外成像系统作用距离的变化,结果证明大气湍流和气溶胶环境下作用距离变小。本文在大气湍流和大气气溶胶等复杂大气环境下,搭建的机载红外成像系统仿真平台可对于机载红外成像系统的性能优劣进行考核,可以预测成像质量、目标捕获情况,为后续的光电系统研制提供反馈。