临近空间飞行器是指在临近空间区域内飞行并完成特定任务的一种新型飞行器,对其探测已经成为军事领域的研究热点和难点之一。本文通过分析临近空间目标及其所处环境的红外辐射特性,并结合分析红外图像的稀疏性,重点研究了天基平台下对临近空间红外目标的检测问题。本文的主要工作和研究成果如下。(1)介绍了天基平台下临近空间目标探测的应用背景与意义,及其面临的难题。由于探测距离较远,目标尺寸较小且所处环境复杂,天基平台对临近空间红外目标的探测转换为对红外弱小目标的检测。分析了红外弱小目标检测的国内外研究现状。(2)分析了红外图像的成像机理及特性,建立了红外弱小目标图像模型,对临近空间目标特性、背景特性和噪声进行了详细的分析,并给出了红外弱小目标检测算法的性能评价指标,如信杂比、信杂比增益、背景抑制因子和ROC曲线,以评价不同检测方法的性能优劣。(3)研究分析了非下采样剪切波和谱图小波这两种较新的多尺度几何分析方法的基本原理和特性,并对随机投影的实现基本原理及其理论依据进行了详细的研究分析,为后续检测方法的研究奠定了理论基础。(4)针对天基平台下临近空间目标检测中的复杂背景抑制问题,提出了一种基于多尺度随机投影的红外弱小目标检测方法。首先对原红外图像进行非下采样金字塔分解;然后计算高频子带在随机投影域内的马氏距离,实现背景抑制的同时增强目标;最后利用自适应阈值分割方法来检测弱小目标。经过仿真实验结果证明,该检测方法能够有效性地对天基平台下临近空间红外弱小目标进行检测,具有较好的背景抑制能力和实时性。(5)针对天基平台下临近空间目标检测中的复杂背景和噪声抑制问题,本文利用序列图像中弱小目标的运动连续性和灰度值的稳定性,给出稀疏分解与随机投影相结合的序列运动目标检测方法。首先通过非下采样剪切波和谱图小波相结合的形态成分分析方法对红外图像进行稀疏分解,实现了对目标与背景杂波的分离。然后对目标图像序列进行随机投影压缩,降低帧间冗余。最后利用RX滤波方法获得目标的运动轨迹。经过仿真实验结果证明,该检测方法能够有效地且鲁棒地对天基平台下临近空间红外弱小目标进行检测。