天基红外预警系统是导弹防御系统的重要组成部分,预警系统通过不同轨道卫星平台搭载的红外探测器协同工作,实现对目标的探测和跟踪。预警探测过程中,地球临边和卷云背景对红外探测器的成像效果有很大的影响。本文设计编写了天基红外预警成像仿真软件,重点关注2.63μm 2.85μm和4.21μm~4.95μm波段下卷云和地球临边背景的辐射特征,利用卫星和导弹轨道参数可实现预警卫星对导弹助推段和中段过程的实时成像仿真。通过对天基红外预警卫星探测成像过程的仿真,可用于评估红外预警系统的探测性能,提高弹道导弹的突防能力,也可用于红外预警系统设计和改进工作。本文的主要内容包括三个部分:(1)使用Modtran软件计算了地球临边背景的热辐射和辐射透过率参数。分析不同纬度、季节、气溶胶模式和太阳方位对临边辐射特征的影响。(2)利用等效尺度参数和MIE散射理论计算了卷云的单次散射特性,在考虑多次散射的情况下使用双向反射函数对卷云的反射特性进行研究。再结合卷云发射率与光学厚度的关系设计了卷云的辐射计算模型。(3)基于OpenGL图形接口和OSG渲染框架编写了临边和卷云背景下天基红外预警探测器对点目标观测的实时仿真软件,利用STK工具实现导弹卫星的轨道实时计算。建立大气临边背景、卷云的热辐射和反射的仿真渲染模型,结合地球、卷云和大气临边的几何模型,利用预计算纹理的方法实现了在卷云和临边背景下对助推段和中段的实时仿真。