随着大口径光机结构和大面阵红外探测技术的快速发展,天基红外目标探测系统凭借其探测距离远、可全天候工作、抗干扰能力强、监控视场大等优点,逐渐受到各国的重视,在空间红外目标监视和红外天文观测领域得到了广泛的应用。在红外目标检测和跟踪领域,空间红外弱小目标的高可靠探测技术是决定系统最终探测能力的核心技术。本文将结合实际的红外探测系统,对空间红外弱小目标的高可靠探测和跟踪方法进行了深入的研究。为量化分析红外成像系统各部分对目标探测的影响,本文从时间域和空间域两方面,对成像系统的光学系统、红外探测器、信息获取电路等三部分进行建模和仿真,通过计算探测器电子学噪声、空间采样效应、响应率非均匀性等对目标信杂比、能量集中度等参数的影响,得到了红外成像系统对弱小目标信号的量化作用关系。为减缓空间辐射环境对成像系统的威胁、保证目标探测系统的可靠运行,本文结合三模冗余、纠错检测、动态局部重配置和电流检测控制等技术,设计了一种自顶到底控制流平台级加固方案。故障注入试验结果表明,该方案能够纠正单粒子翻转造成的软错误,同时对单粒子锁定实现有效的防护。为分析目标信杂比、检测概率和虚警率之间关系,本文通过理论推导证明了:目标图像信杂比是影响算法检测概率、虚警率的决定性参数。为提高目标的信杂比,本文提出了一种基于探测元等效积分电容的非均匀矫正方法,与两点法的实验结果表明,该算法可使面源红外图像的非均匀性下降至1%。为实现海量红外图像数据的快速检测,设计了一种基于多帧目标集合融合的目标快速搜索算法,通过对多帧预检测目标集合的融合,使检测算法的疑似目标集合极大缩小,实现了算法5倍的速度提升。为解决单帧目标检测算对低信杂比弱小目标检测概率低下的问题,提出了一种基于多特征概率融合的目标检测算法,实验结果证明,该算法对单帧信杂比为3的目标可实现大于0.5的检测概率。为进一步提高探测系统对弱小红外目标的探测能力,本文研究了基于贝叶斯理论的DP-TBD目标检测算法,设计了一种基于DP-TBD的改进TBD目标检测算法,实验结果证明,该算法对单帧信杂比为2.66的目标可实现0.86的检测概率。