图像模拟，是在对遥感器成像过程的分析理解基础上，通过数字模型模拟该遥感器的图像获取过程，生成模拟的遥感图像。图像模拟已被广泛应用于多个遥感领域，其中最重要的用途之一是为遥感器研制过程提供重要参考依据，保证遥感器设计的高效可靠，缩短卫星的研制周期。经过几十年的发展，在大部分的可见光到热红外波段范围，图像模拟技术得以蓬勃发展，但对于中红外强吸收通道波段而言，由于机理复杂，其图像模拟研究仍然相对有限。　　本文以中心吸收波长为2.7μm和4.3μm的中红外大气强吸收通道为研究对象，分析其辐射传输特点，深入开展入瞳辐亮度图像模拟方法研究;在此基础上，针对地表、大气条件和观测几何状况，开展不同波段设置下的吸收通道辐射特性分析。本文主要在以下几个方面开展重点研究，具体内容和结论如下:　　1.中红外吸收通道的入瞳辐亮度组成分析。通常在中红外波段，入瞳辐亮度由发射和反射共同组成，二者处于同一量级。但对于大气强吸收通道，太阳的反射辐射在下行和上行的辐射传输过程中被强烈抑制，地表发射辐射也在上行过程中大大衰减。因此，对于2.7μm和4.3μm两个大气强吸收通道，需分析入瞳辐亮度中发射和反射辐射的组成情况，以确定二者需要模拟的必要程度。本文利用大气辐射传输模型MODTRAN，模拟各类典型地物在不同的大气和观测几何条件下的入瞳辐亮度，比较入瞳辐亮度中反射和发射辐射的比例。实验结果显示，各类地物在2.7μm吸收通道的入瞳辐亮度中，反射辐射占30-96％;而在4.3μm吸收通道，入瞳辐亮度中发射辐射占95-99％。由此可见，对于4.3μm吸收通道，入瞳辐亮度中的反射辐射基本可以忽略。由于2.7μm通道反射与发射辐射共存，因此本文中对于两个通道的图像模拟，反射和发射辐射都同时考虑。　　2.基于邻近通道光谱相关性和基于光谱混合的地表发射率图像模拟。地表发射率是中红外入瞳辐亮度模拟时必不可少的地表参数。针对中红外吸收通道地表数据难以获取的情况，本文分别基于邻近通道光谱相关性和线性光谱混合模型，建立了两种地表发射率图像模拟方法。　　基于邻近通道光谱相关性的模拟方法，考虑发射率在吸收通道和邻近通道间发射率的相关性;在数据源选择基础上，利用光谱库数据建立了由数据源通道到吸收通道的发射率生成模型，将模型应用于数据源通道的发射率图像，模拟得到吸收通道的发射率图像。采用光谱库发射率数据对该模拟方法的精度进行了分析。对于2.7μm吸收通道，该方法模拟的水体和植被的发射率误差小于3％;人工地物和土壤的发射率最大模拟误差分别为9.54％和-7.6％。对于4.3μm吸收通道，植被和水体的发射率模拟相对误差不超过±1％;大部分土壤和人工类型的发射率模拟误差小于土5％，少数土壤和人工地物的相对误差达到-6.14％和5.8％。　　基于光谱混合的模拟方法，首先基于光谱库地物光谱，结合图像数据，利用光谱匹配进行端元选择，并进行图像数据的丰度反演。然后基于线性混合模型，利用丰度图和光谱库地物在吸收通道的发射率模拟得到吸收通道的发射率图像。基于该方法模拟的数据源通道的地表图像，在2.7μm和4.3μm吸收通道的均方根误差分别为0.0446和0.0486。　　3.改进辐射传输解析模型，实现入瞳辐亮度图像快速模拟。针对中红外通道特点，精简模型的大气效应参数，改进形成四参数的辐射传输解析模型;从而大幅降低大气效应参数查找表的存储空间，并加快了图像模拟的计算速度。基于改进后的辐射传输解析模型，提出两个强吸收通道的入瞳辐亮度图像模拟方案，生成2.7μm和4.3μm吸收通道的入瞳辐亮度模拟图像，并对辐亮度图像模拟方法开展精度评价。分析结果表明，本文提出的方法能够实现两个吸收通道的快速入瞳辐亮度图像模拟。　　本文采用的2.7μm吸收通道包括通道T1(2.55-2.85μm)和通道T2(2.63-2.83μm);4.3μm的吸收通道包括通道B1(4.21-4.37μm)和B2(4.23-4.47μm)。对于2.7μm的吸收通道，本文的模拟方法在水汽含量高于2g/cm2的大气条件（热带型、中纬度夏季、亚极地夏季模式）下，入瞳辐亮度模拟相对误差小于±1％;但对于T1通道，在干燥的高纬度地区，当地物发射率误差导致的反射率误差较大时，入瞳辐亮度模拟结果不太理想。综上所述，本文提出的2.7μm吸收通道入瞳辐亮度模拟方法适用于大部分的大气状况和观测条件。对于4.3μm的吸收通道，在通常的大气和观测状况下，入瞳辐亮度模拟相对误差均小于±1％。　　4.考虑影响入瞳辐亮度的各类输入参数，基于模拟数据开展辐射特性分析。为保障应用，需要展开辐射特性分析，分析各种地表和大气状况下，吸收通道入瞳辐亮度的变化特点。　　首先，基于前文提出的入瞳辐亮度模拟方法，实现高温条件下的入瞳辐亮度图像生成，并对模拟的入瞳辐亮度进行精度分析。高温情况下，2.7μm和4.3μm吸收通道的入瞳辐亮度模拟误差都主要受发射率的模拟误差影响，与发射率的相对误差接近。T1和T2通道的辐亮度最大相对误差分别约为3％和-7.6％，B1和B2通道的最大相对误差均为6％左右。然后，基于辐射传输解析模型，考虑影响辐亮度的输入参数，进行了高温和常温地表情况下的入瞳辐亮度影响因素分析。实验结果表明，对于2.7μm和4.3μm吸收通道，影响入瞳辐亮度的因素不同。最后，本文通过建立高温地物所在像元与周围背景像元的辐亮度比值，定量分析吸收通道图像上高温与背景像元辐亮度的对比程度，分析不同波段设置时，入瞳辐亮度的变化情况。对于2.7μm和4.3μm的吸收通道，结果表明T2和B1通道的辐亮度比值更低，即T2、B1分别比T1、B2通道的温度敏感度低。　　综上所述，本文系统性的开展了中红外强吸收通道的图像模拟和辐射特性分析研究:提出了基于邻近通道光谱相关性的地表发射率图像模拟方法，并基于改进的四参数辐射传输解析模型实现快速的入瞳辐亮度图像模拟;最后基于模拟方法，对吸收通道入瞳辐亮度影响因素进行了充分分析。