大气背景和导弹尾焰的红外辐射特性测量作为天基预警系统建设的基础和前提，其搜集的不同观测条件下的目标与背景的红外特性数据是导弹目标识别、预警系统设计所需的重要参数指标。本课题源于我国某型号大气背景特性测量卫星的地面应用处理系统项目，对背景/目标的红外特性反演与高轨红外图像仿真开展了系统的研究工作。在背景红外特性反演方面，建立了光学遥感影像严格几何处理模型，通过物像坐标的转换关系实现了红外背景测量图像的几何定位。基于大气辐射传输方程与双向反射分布函数的相关理论，建立了背景辐射亮度反演工程化模型，可用于高轨非共视轴观测情况下的红外辐射特性反演。在目标的红外特性反演方面，利用合作目标成像定位模型对目标质心所在像面位置进行预报，划分出疑似目标区域。将最大稳定极值区域算法用于导弹尾焰的提取中，在保证提取精度的同时对尾焰形态实现了良好的保留。推导了尾焰辐射亮度、像元数等信息与尾焰本体辐射强度的数学关系。建立了导弹主动段尾焰本体辐射强度经验计算模型，并利用某导弹外场地基试验测量数据的归一化结果对模型进行了校正，可用于反演不同观测条件下的尾焰本体辐射强度。在高轨红外图像的仿真方面，基于背景与目标的红外特性的反演结果，建立了重投影变换模型，解决了由局部场景仿真大场景过程中的图像拼接问题。研究了背景与目标的叠加方法，仿真合成了高轨红外预警图像。对高轨成像链路中造成像质退化的主要原因进行了分析，并通过仿真各环节传递函数和噪声造成的像质退化，提高了仿真结果的准确性和真实性。综上所述，本文对由中低轨测量图像生成高轨预警图像的反演仿真全链路进行了研究，对高轨预警相机设计与研制具有重要价值。