随着反探测识别技术的发展,复杂背景下目标的伪装能力不断提高,因而难以探测发现。传统的红外探测手段主要基于目标与背景之间的辐射温度差来识别目标,存在主要限制是对环境的温度敏感度较高,探测效果强烈依赖于周围环境情况。近年来,偏振探测技术日益受到学界重视,因其携带的偏振态信息不同于光强、光谱以及相位所反映的特征,可以有效区别不同材质、不同表面形态的目标,并且在复杂背景、不同气候环境下识别的稳定性、可靠性较高。偏振仿真技术是提高偏振探测技术平台性能的重要辅助手段,是偏振探测成像应用发展的关键。本文针对空间目标的偏振探测问题,利用Matlab以PG模型为基础分析了典型材质的偏振二项反射分布函数(pBRDF)在半球空域分布的数值仿真特性,根据PG模型散射分布数值仿真结果和目标偏振图像灰度特性分布曲线,可以得到结论:在不同方位角和天顶角材质散射光的强度和偏振度不同,基于PG模型的偏振成像方法能够有效区分不同材质和目标。针对实际空间目标在不同大气辐照环境下的偏振成像仿真特点,设计并实现了基于完全四叉树的半球空域大气偏振光分布模式优化仿真方法。对半球空域的大气偏振光分布模式进行等效优化,以提高目标的偏振成像仿真计算效率。PG模型需要利用材质的物理特性来计算半球空域散射光的偏振态,为了得到多波长辐照光条件下的空间目标偏振成像结果,利用牛顿插值算法对材质的五个典型波长物理特性参数进行插值,得到材质在400nm-760nm辐照波长条件下的PG模型物理参数。面向空间目标偏振探测仿真需求,基于Visual Studio 2013(C/C++、MFC)开发平台利用Open GL图形渲染库、OpenCV图像处理库设计并实现了偏振场景目标探测成像仿真软件,并利用UML从软件工程的组织方法角度给出偏振探测仿真软件的需求、设计建模及实现结果。利用目标散射光偏振信息进行探测的技术手段,可以有效提高目标的探测识别精度,以上的理论研究结果和工程成果为将偏振成像技术应用于空间目标探测工作提供了理论依据和工程基础,在军事目标识别隐身、计算机视觉、偏振遥感等应用中具有理论、实践参考价值。