长波红外高光谱具有突出的目标识别能力和探测效率,主要应用于化学气体检测、资源调查、天文观测等物体辐射谱精确探测领域,研究意义及价值重大。针对长波红外系统噪声大、信噪比低的问题,从系统角度利用三维噪声模型分析噪声,根据分析结果研究了信息获取与处理系统的几个关键技术,提高了长波红外系统的信噪比和图像质量。论文主要研究内容及创新点如下:1)针对目前红外成像系统噪声分析与计算方法不够全面的问题,本文从系统角度引入三维噪声模型理论,阐述三维噪声模型的数学定义,推导出噪声分量具体计算公式,并将该模型应用于常规设计的长波红外成像系统,进行定量的噪声分析,为红外系统噪声分析提供了一个有力的工具,同时三维噪声模型理论科学、严谨且全面,可作为红外图像噪声性能的一种评价标准,具有较高的实用价值;2)从红外探测器输出信号的特点出发,本文通过理论分析和仿真发现,信号的高频分量主要对信号上升时间起作用,而对信号幅值影响很小,通过优化选择系统带宽以及控制ADC采样位置,既能做到信息的有效获取,又能大幅压缩系统带宽,从而相比于常规设计方法大幅降低了系统时间噪声;3)根据经典的Mooney像元响应模型,本文推导出像元的线性响应模型,并以此为理论基础,提出并研究了一种模拟前端的实时非均匀性硬件校正技术,对校正原理、实现方法以及校正误差进行分析,最后通过实验验证该技术的校正效果,通过对比校正前后图像以及图像空间噪声数值,发现该技术校正效果良好,非均匀性得到了明显的改善。同时,该技术具有实时、高速、大面阵的优点,工程实用价值大,为非均匀性校正方法提供了新的思路,具备一定指导意义。