低温红外目标源系统是对红外探测器的线性响应度和非均匀性进行标定和校正的关键设备。应用于空间探测红外光学系统中的红外探测器在发射和工作过程中需要经历严酷的空间环境，因而需要其具有更高的分辨能力、线性度、灵敏度、响应度、均匀性和更宽的动态范围。目前，国内对低温红外探测器的研制和开发水平与国外有很大差距，国外的技术限制使得空间探测和军事武器的研制遇到了技术瓶颈，因而对于低温红外目标源的研制显得尤为迫切。作为低温红外探测器标定和校正实验的关键设备，低温红外目标源需要具有较宽的温度变化范围，在较大的面源区域里具有更稳定和均匀的温度场，较高的控温精度及较快的变温速率等优异的性能。本文根据有关红外光学、传热学、低温及真空技术原理对低温红外目标源系统的温度均匀性、稳定性、发射率、控温速率、控温精度等性能进行分析。主要对低温目标源的关键结构、测温控温系统、杂散光影响等进行设计、分析和较为系统的研究。本文首先通过对透射式结构和反射式结构比较和分析，确定了低温黑体辐射源系统—控温系统—真空系统组合的透射式整体结构方案。在此基础上，对于该设备的关键系统——低温黑体辐射源系统，本论文设计了四种制冷结构，并在制冷条件下对这四种结构的黑体温度场的均匀性以及制冷效率进行了分析和对比。最后对制冷效果最好的腔内凹槽式结构的升温功率和温度场分布进行了计算和分析。结果表明，该结构设计合理，各项指标均能达到指标要求。本文分析了数字PID控温技术，并分别从硬件和软件两个方面对所设计的低温红外目标源的控温系统进行了设计。首先，对基于PLC控温系统的总体结构进行了详细设计，分析了本控温系统控温原理；其次，基于上述设计和分析对控温电路的器件进行了选择和端口分配；最后，本文给出了控温系统的电气设计，并设计了控温系统的主程序流程图和子程序流程图。本文阐述了杂散光的分析方法，并对低温目标源的杂散光影响进行了研究。应用光线追迹法，对红外探测器接收到的实际辐射和理想辐射进行了计算和对比，并最终以辐射校正表的形式对部分温度点的辐射温度进行了校正。