可见光、红外传感器建模仿真是光电成像技术领域重要的研究内容之一。通过理论建模仿真可以为成像系统的设计、优化提供参考,同时也可避免不必要的军事实验,提高工作效率。本文通过光谱场景建立,大气辐射传输,光学系统分析,探测器转换,信号处理电路等几个模块,结合具体的机载场景,对可见光与近、中、远红外场景进行系统建模仿真。其中针对可见与红外波段各自的光谱特性,对系统中所涉及的各个效应分别进行了讨论。对可见光、近红外、中波,远红外结合各自不同的辐射来源,利用射线追踪法,考虑二次散射,建立场景的散射模型;分析在大气辐射传输中探测天顶角,天空背景辐射,气溶胶分子的影响作用,利用Modtran4.0模拟大气的辐射传输特性;在光学系统的处理中,分别分析了线性效应:衍射、像差、光学能量,非线性效应:畸变、渐晕等。根据不同效应的特点,分别利用传递函数法,射线追踪法和基于图像像素处理方法对系统中的各个物理效应进行了分析、矫正,对于成像系统大视场与高探测精度的要求,利用了光学系统前加减望远系统实现大小双视场的转换;在探测器转换模块中,利用MTF计算系统的空间、时间滤波效应,考虑了凝视型焦平面成像器件的欠采样效应,非均匀性,利用3D噪声模型分析了其噪声效应的影响,同时对成像系统的信噪比进行了分析。根据不同传感器的光谱响应不同,分别对可见光与红外波段不同类型的探测器进行分析,通过对其成像性能的分析,选择适合研究场景的探测器型号;接下来对信号处理电路进行了简要的分析研究,通过将处理电路抽象为滤波器,利用传递函数对其进行模拟仿真。根据上述理论分析建立传感器仿真模型,对系统模型进行仿真分析,结合具体的海面与地表植被探测数据,对比验证了仿真分析结果。对具体的应用场景—机载探测进行了分析研究,结合场景信息对系统的分辨率、对比度、探测视场各自的影响因素进行了分析,并考虑大气的辐射传输特性,选取可见光500～600nm,减少了背景光与大气衰减的影响。通过对10km探测高度下与1km探测高度下,不同探测时间,大小视场,同一目标的成像特性进行分析研究,发现在观测天顶角为0度,太阳天顶角接近0度时,由于系统的光程最小,能量的衰减最少,探测器接收到的光线能最大程度的进入光学系统,获得的系统探测特性最好。尤其在可见光波段,探测到的辐射亮度受到探测背景与探测角度的影响非常明显。通过对成像特性进行研究分析,实现对可见与红外波段光谱成像的理论指导。