森林火灾是世界性的林业重大灾害,一旦发生,会对森林自然资源造成损失,给生态系统带来巨大的破坏,因此,建设有效可靠的林火监测体系,对林火进行监测与预警是森林防火的重要工作。随着红外成像技术广泛应用在林火安防监测中,结合视频监控、火点识别定位等技术,森林防火预警系统的发展趋向智能化和信息化,研究低成本和相对较高灵敏度的红外林火监测预警系统与相关原理及关键技术具有重要的理论价值和现实意义。目前主要的林火识别方法之一是对具备高温特征的初发火点进行监测预警,目标的红外辐射特性是红外系统探测的基础,对于高温林火目标辐射特征的研究有利于提高红外系统的识别率;针对真实环境条件下对远距离林火目标红外信号的探测任务,需要红外系统具有良好的整体性能,因此对红外系统性能参数与目标辐射特性、光学系统、探测器等因素的影响机理进行仿真分析和讨论,可为红外系统的设计优化和测试提供理论依据和分析方法。另一方面,基于气体红外成像检测技术,针对林火初期产生高浓度二氧化碳烟气这一特性进行探测,能够作为林火监测的补充手段,更早的识别与判断火情。本文在总结红外林火监测预警系统与气体红外成像检测技术的国内外研究发展现状的基础上,深入研究其理论模型和关键技术,完成了以下研究工作:1.从目标辐射特性角度,深入研究火点辐射强度方程并进行数值计算,分析了火点像元参数对辐射特性的影响。针对红外成像系统的关键性能指标,从系统噪声等效温差NETD的定义进行推导,仿真分析了波段带宽、林火目标辐射特性与红外探测器积分时间对系统噪声等效温差的影响机理;给出根据NETD对红外成像系统点源目标的探测距离估算公式,基于此仿真了给定系统在不同噪声等效温差及气象条件下的目标火点探测能力。2.研究气体泄漏红外成像技术的辐射传输理论模型,仿真分析了气体浓度、目标气体温度和背景温度对气体成像探测的影响。对原有方法中气体和背景之间需要存在温度差这一问题,提出对气体路径上的双温度背景点求辐射能量差的气体探测方法,并给出气体浓度估算的计算流程;利用参考波段的辐射能量变化趋势对背景点的温度变化进行判别及测量波段响应值进行修正。此外,用中波红外焦平面探测器搭建红外成像气体探测系统,实现对二氧化碳气体探测和浓度估算,验证了该方法的可行性。3.林火监测预警系统采用物方扫描镜和同轴两反的系统设计形式,完成了基于点源探测器的双波段红外光学系统的设计,对光学系统整体尺寸进行了紧凑优化,对其中的技术关键如扫描方案进行了分析;通过对室内黑体目标及室外明火目标进行林火监测实验,该系统在最远5km距离完成了林火的探测功能,且漏报率较低。