本发明属于图像识别技术领域，公开了一种夜间机场净空域红外小目标的检测方法、系统及应用。该方法包括：设定异构并行网络模型的初始参数，将训练集图像输入设定异构并行网络模型进行训练，得到基于深度学习的红外小目标检测模型；将待检测的红外小目标图像输入到红外小目标检测模型，经过异构并行主干网的红外小目标图像进行特征提取，并通过像素聚合网络对上述特征图进行融合，得到多层包含目标信息的特征图；接着通过预测结构处理包含目标信息的特征图，分别获得目标的类别和位置信息，并生成每个目标对应的目标框，从而在图像中直接显示预测目标的类型及位置信息。本发明易于部署在硬件设备；模型操作简单，易训练。