空中弱目标天基光学探测与识别技术是目前军事航天、国防安全等领域的重要发展方向之一。而对于天基光学观测视角下,探测场景复杂,其中不仅包含目标与背景,还可能存在高反射率云层、地面高温热源、空中闪电等多种虚警源,这将严重影响目标的检测识别概率。本文从天基光学探测原理出发,分析潜在的虚警源,并进行光学特性分析与建模仿真方法研究,可为探测载荷方案设计与检测识别算法研究提供支持。开展的具体研究内容为:(1)天基光学探测潜在虚警源分析。从天基光学探测原理及方案出发,分析天基光学观测视角下复杂场景中可能出现的潜在虚警源。结合过门限目标检测原理,通过分析典型空中目标和潜在虚警源在不同空间尺度、时间尺度、辐射尺度下的像元形态与辐射亮度差异,分别给出每种尺度下的主要虚警源。(2)高反射率云层红外辐射特性仿真模型建立。首先,从云层光学成像的物理机理出发,分析了光线的入射、吸收、散射等辐射能量传输过程;然后,建立云层粒子谱分布表征模型,结合米氏散射理论计算云层的光谱辐射特性参数;而后,建立云层的辐射特性计算模型,实现云层辐射能量的计算;最后,利用Dimond Square分形算法生成云层的外形结构,进而实现相应外形结构下的云层辐射亮度的计算,映射为图像灰度(DN)值,生成高反射率云层的红外仿真图像。(3)地面高温热源红外辐射特性仿真模型建立。首先,对真实地面高温热源遥感图像进行大气校正与辐射定标,获取热源的辐射亮度;然后,利用Kmeans算法识别高温像元,并基于物理成像机理,建立地面高温热源温度反演模型,实现热源的温度分布特性参数的反演;而后,计算不同仿真条件下热源像元的辐射亮度;最后,将像元辐射亮度值映射为图像DN值,生成地面高温热源的红外仿真图像。(4)空中闪电红外辐射特性仿真模型建立。首先,从闪电外形结构的自相似性出发,运用L-System算法对闪电的主干分支结构进行仿真;然后,根据真实闪电的LIS数据资料,分别对闪电中短波红外波段的辐射特性进行建模计算;而后,将闪电的外形结构与计算的辐射能量结合,形成初步的闪电红外仿真图像;最后,模拟闪电的光晕效果,将大气点扩散函数引入到闪电红外图像的仿真中,生成闪电红外仿真图像。