随着第三代红外探测器技术的不断发展,红外成像系统的性能得到了极大的提升,但是,在实际的调试和测试过程中会对红外成像系统造成一定的磨损和消耗,因此红外成像系统模拟器的研发工作越来越受到行业内的重视。本文以红外成像系统的工作原理为研究基础,设计了一套基于Virtex-4 FPGA的小型化红外成像系统模拟器,采用并行和流水线计算方法实现了红外成像物理效应的实时仿真计算。首先,本文简要的介绍了红外成像系统的工作原理,并对红外成像系统成像过程中主要的物理效应进行了总结。在此基础上,构建了红外成像系统模拟器整体的仿真框架,重点介绍了模拟器系统硬件实现的模块化设计架构。其次,介绍了各功能模块的实现细节。系统输入与输出模块的主要功能是实现模拟器硬件平台和主控计算机之间的数据通信,接收DVI接口输入的图像数据并完成截断操作,以及最终模拟探测器时序输出仿真结果。系统存储控制模块的主要功能是利用Xilinx提供的MIG核来控制DDR2存储器实现图像数据的高速缓冲。红外成像物理效应实时仿真计算模块的主要功能是利用并行和流水线计算方法实现各种红外成像物理效应的实时仿真计算,主要包括光学头罩加热特性、光学系统空间响应特性、非线性响应特性、空间传递特性、非均匀性响应特性以及噪声特性。最后,对红外成像系统模拟器整体的功能进行了调试和验证,通过五种相似度评价标准来分析理论图像与仿真图像的相似性,从而验证了模拟器系统仿真结果的正确性。论文末尾总结分析了模拟器系统的不足之处,并提出了进一步优化的思路。