空中动目标的探测是国家空间高技术的前沿学科领域,一直是国际上发达国家关注的焦点,然而,当前对这一领域的探测手段研究主要停留在地基主动探测(雷达)为主,但由于空中飞机目标的运动存在区域广、速度快、全天时等特点,因此目前的探测手段存在一定的局限性,难以实现广域监视、且容易丢失目标。而天基光学(可见和红外)探测手段具有广域、高效、全天时等特点,是解决空中动目标探测的技术创新途径,因此本论文围绕天基平台下对空中动目标红外探测的机理和方法展开,研究了空中动目标及其背景的红外辐射特性,对探测系统的工作体制和指标体系进行了深入的研究和分析,解决了远距离下的红外弱小目标的检测和低分辨率可见光目标的识别等关键技术难题,取得了一系列的研究进展和成果。下面介绍论文的研究工作和主要研究成果:针对天基平台复杂背景下空中动目标的探测需求,研究了空中动目标在不同探测角度和空间位置下的运动特性。结合实际情况,分析探测过程中俯仰角、起飞角、旋转角等发生变化时的特点,实现目标红外辐射特性的仿真。并讨论在探测过程中,复杂云背景、海面背景等对探测产生的影响,分析了背景辐射强谱段和有云条件下的背景衰减效果,建立了天基探测场景下的目标和背景结合探测系统的一体化天基红外特征描述和评价系统。针对如何实现天基平台下空中目标的探测,研究了在空中动目标探测时具体采用的工作体制和指标体系,分析了工作模式,论证了地面分辨率、探测谱段、探测距离等关键技术指标,形成了天基空中动目标红外探测系统的基本架构。其主要是利用探测信号到达像面上的情况,分析信号和背景、信号和噪声、信号和杂波之间的关系,最终确定:在波段3-5μm时的地面分辨率最优在50μm内,在波段8-12μm时的地面分辨率最优在60μm内。探测谱段需要和探测距离合并考虑,探测距离在5006)μm内时,在中波波段的合理探测谱段为4.25μm-4.52μm和4.19μm-4.57μm,且合理的波段宽度为0.27μm-0.38μm;在长波波段的合理探测谱段为8.02μm-8.58μm和9.24μm-9.96μm,对应的最短波段宽度为0.56μm和0.74μm。为了最终实现广域搜索发现和精确检测识别目标,利用多线列推扫搜索成像和面阵凝视重点检测以及多谱段共同联合的工作体制实现探测。针对天基平台下复杂背景红外弱小目标的高性能检测问题,提出了一种基于横纵标准差多尺度灰度差异加权双边滤波的弱小目标检测方法。其主要是利用目标区域与周围区域的不连续性增强目标和背景的差异,将多尺度灰度差异加权算子与双边滤波结合,抑制了背景信号的干扰,解决了目标与背景差异不明显导致目标难提取的关键难题。采用自适应局部阈值分割和全局阈值分割的方法提取出候选目标,实现对弱小目标的检测。实验结果表明此方法在弱信噪比条件下效果明显优于其他方法,在抑制背景的同时将目标增强6-30倍。平均(?)和(?)参数也证实了此方法比其他方法有效5-12倍。在平均信噪比(?)=1.44时,本论文提出的算法平均检测概率为95.71%,相较于其他方法提高50%。针对天基平台下低分辨率可见光图像的空中动目标识别问题,结合实际的空中动目标探测的工作体制,提出了一种红外和可见光波段联合探测与识别的方法,并结合主成分分析和最近邻算法有效解决空中目标的识别问题。其主要是利用红外波段的目标检测结果作为疑似位置,结合红外和可见光波段的分辨率对应关系,将红外疑似位置映射到可见光位置,并对疑似位置周围进行一定尺寸的切片,然后利用主成分分析PCA和最近邻算法k NN对切片进行识别。实验结果表明,此方法可以对地面分辨率低于3m的目标实现召回率80.3%,平均精确率97.52%。最后,开发了数字化仿真验证系统,研制了地面用多谱段动目标探测验证平台,利用仿真图像和实测数据验证了本论文提出的探测系统工作体制、指标体系和处理算法的合理性和有效性。综上所述,本论文对天基平台下空中动目标探测的相关机理和方法进行了详细的介绍和分析,针对当前研究中的难点问题,提出了相应的解决方法,并进行了详细的比较,并开展了数字化仿真和地面实测等实验验证。本论文为空中动目标的前沿领域技术发展和后续天基平台空中动目标探测系统构建提供了有力的理论支撑和技术基础。