随着红外技术的迅速发展,导引头的红外探测系统性能得到了很大的提升,但目前的半实物仿真系统无法提供足够的原始图像数据,影响了红外制导技术的发展。为了充分发挥半实物仿真系统的作用,更准确地模拟出高动态范围场景,对其核心器件红外场景模拟器的性能参数提出了更加严格的标准。本文主要研究提高红外场景模拟技术动态范围的理论和方法,并通过成像仿真验证该方法的有效性。首先,介绍了动态范围的定义,并对动态范围常见的表示方式进行了介绍以及相互间的转换。接着对不同的红外场景模拟技术的动态范围作分析对比,发现待测系统单元的探测器动态范围在60d B～96d B,而目前大部分仿真系统产生动态范围小于60d B。分析可知国内外常见的以并联叠加式混合型方案来提高红外场景模拟器的动态范围存在一定的局限性,因此提出了串联式高动态范围红外场景模拟方案,有效避免并联式的缺点,以第一预调制器和第二调制器结合的方式获得成像更低亮度的暗区域来提高动态范围,并对该方案中关键器件数字微镜器件(digital micro-mirror device,DMD)影响动态范围的因素进行分析。然后,由于高动态范围红外模拟方案中的DMD的衍射效应是影响动态范围的首要因素,因此对其衍射特性进行分析。将DMD简化为闪耀光栅,并以光栅的衍射特性来进行理论分析。在红外波段3～5μm采用标量衍射理论,推导出DMD的衍射光强分布和衍射效率公式;红外波段8～12μm采用矢量衍射理论中的基于微分法的严格耦合波理论,采用多层近似法将闪耀光栅简化为多层不同占空比、相同周期的矩形光栅叠加而成,通过增强透射矩阵的方法解决了多层结构求解存在数值不稳定的问题,推导出不同的偏振态TE和TM下的DMD的透射和反射衍射效率公式。最后,对建立的标量衍射模型和矢量衍射模型进行计算,并根据建立的衍射模型对普通红外场景模拟方案和本文的串联式高动态范围红外场景模拟方案分别进行成像仿真,计算在不同的波段范围内串联式方案动态范围相比普通方案动态范围的提升效果最大为12～16d B,验证了该方案的有效性;并通过ZEMAX非序列模式下完成原理性系统方案验证,有效降低由于微镜片和透镜组的自发辐射造成的杂散光影响,动态范围有效提高0.06～0.34d B。