针对测量高速运动暗小目标的需求,提出了一种基于单帧多次局部曝光的测速方法。理论分析了关键参数对测量频率的影响,推导了激光照明目标的灰度成像模型表达式。利用脉冲激光作为局部曝光光源与时序基准,在单帧图像中多次生成带时间戳的目标影像;建立单帧多次局部曝光测速模型,利用单目视觉与激光测距数据实现了暗小目标的空间定位与测速,突破了高速相机测量频率的上限并提高了测量精度;对速度为1500m/s的目标进行了测速仿真实验,结果表明,测速误差小于0.7%。在低速条件下设计了样机实验,相比标准速度的目标发射器,测速误差小于2.5%,且系统成本较低、机动性好,满足工程精度要求。

提出一种基于激光脉冲扫描测量体制下的高速点目标捕获、跟踪测量方法, 应用匀速运动模型模拟仿真目标的轨迹及分布概率; 考虑脉冲激光光斑分布的相关参数, 建立脉冲激光扫描捕获点目标的理论模型。提出了一种基于时间序列法的捕获方法, 用以求解针对目标模型脉冲激光在一帧扫描时域内的捕获次数。在此基础上对激光分布式扫描光斑布局的主要参量进行数值仿真分析, 进而提出一种针对目标运动特性、激光传感器特性的最优化扫描方式, 以提高一帧扫描时域内的捕获概率和捕获次数, 缩短捕获时间; 结合算例通过半实物仿真实验验证最优化扫描方式的可行性。所提方法为激光跟踪系统的脉冲频率、扫描频率与目标运动模型的最佳匹配提供了依据。

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点, 是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统, 使系统既可以获得目标的高清图像, 又可以得到目标的相对位置信息。同时, 共孔径光学结构可以压缩系统尺寸, 降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量, 有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm, F数6, 视场±1.2°; 1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm, F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限, 并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。