远距离红外弱小目标检测与跟踪是红外搜索与红外预警系统的一项核心技术,是保障领空安全的重要手段。一方面,由于成像距离远,使得目标信号非常弱,且目标尺寸非常小;另一方面,红外小目标在成像过程中往往存在各种噪声干扰,进而导致信噪比极低,使得在强噪声环境中的红外弱小目标检测具有挑战性。本文从红外小目标成像原理出发,对亚像素运动下的红外小目标能量分布模型开展了深入研究和分析,进而基于此模型设计了一种能量补偿累积检测方法。主要工作如下:1.针对目标高频次的水平飞行场景,详细分析了一维亚像素运动对红外小目标能量分布的影响,提出一种一维亚像素运动的红外小目标能量分布模型。首先基于面阵探测器的采样积分原理,得到红外小目标经过面阵探测器离散化后的能量分布;然后,深入分析了一维亚像素运动对目标能量分布的影响;最后,根据能量分布的变化规律以及分析结果,提出用双峰高斯函数来描述目标能量分布的变化。实验结果表明,提出的模型不仅可以准确地描述一维亚像素运动下的红外小目标能量分布变化,而且可以有效地提高信噪比。2.针对目标的二维运动场景,详细分析二维亚像素运动对红外小目标能量分布的影响,提出一种二维亚像素运动红外小目标能量分布模型。首先,基于目标离散化过程的分析,构建目标能量块模型,并且定义目标二维亚像素运动函数;其次,通过曲线拟合建立二维亚像素运动与目标能量块之间的关系;最后,为解决目标能量块的位置变化问题,提出一种目标能量块的位置更新策略,最终建立二维亚像素运动红外小目标能量分布模型。3.针对强噪声环境下的目标检测问题,提出一种基于能量补偿累积的红外小目标检测方法。首先建立目标的坐标空间以及运动模型,得到弱小目标所有可能的运动轨迹;其次,在亚像素运动红外小目标能量分布模型基础上,设计一种基于目标能量分布模型的能量补偿累积方法来抑制噪声,增强目标信号;最后,对能量补偿累积后的图像采用恒虚警率判决以及空间映射的方法实现红外小目标检测。实验结果表明,该方法能够有效地检测到强噪声环境中的红外小目标。此外,该方法相比较传统的能量累积方法,能够更有效地提高信噪比,进一步表明所提出的亚像素运动红外小目标能量分布模型的准确性。