随着红外成像仿真技术研究的不断深入,当今人们越来越关注如何进一步提高仿真结果的准确性,同时仿真实时性也成为了评价仿真技术的关键指标之一。相比于传统的以计算机作为仿真平台的全数字红外仿真技术,本文以红外成像系统模拟器为研究平台,在模拟器硬件平台上进行红外成像系统物理效应仿真技术的研究,凭借着FPGA的高速并行运算能力和流水线算法设计思想,极大地提高了仿真速度,满足仿真实时性的要求。首先,本文简要介绍了红外成像系统的工作原理,并对红外成像系统物理效应进行了理论分析,经过一定的近似与合并,将凝视型红外成像系统的成像物理效应总结为六大类: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、调制传递特性、非均匀性响应特性和噪声特性。根据不同物理效应的成像特性,对各类成像物理效应的模拟方法进行了研究。更进一步地,介绍了红外成像系统物理效应仿真平台——红外成像系统模拟器,并从模拟器的工作原理和软硬件平台进行了分析。在此基础上,总结了红外成像物理效应算法框架。其次,按照模块化思想依次实现各功能模块。系统输入输出与存储模块主要包含了 DVI输入及截断模块、成像物理效应参数存储模块、DDR2 SDRAM高速缓存模块和探测器时序输出模块。这些模块分别实现了图像的输入与截断、成像物理效应参数存储、大数据量图像高速缓冲和模拟探测器时序输出的功能;红外成像物理效应高速实时计算模块是本次设计的重点和难点,通过研究各成像物理效应的算法原理和数据流向,采用流水线设计与并行处理的方法,依次实现了对光学头罩加热特性、光学系统空间响应特性、非线性响应特性、调制传递特性、非均匀性响应特性和噪声特性的高速计算。最后,对系统整体功能进行了调试与验证。按照模块化的思想,依次对系统输入输出和存储模块进行了调试与验证。在评价成像物理效应仿真结果的准确性时,一方面利用Chipscope对各物理效应算法结果进行采样,采样结果与预期相符;另一方面对总成像物理效应进行验证,采用仿真图像与参考图像相似度比较的方式,计算出六种相似度参数,经过综合分析评价后,仿真结果与预期相符,从而验证了红外成像物理效应仿真计算结果的正确性。论文末尾总结分析了不足,并提出了优化的方向。