调频连续波（FMCW）激光雷达具备同步高精度测距测速能力，在空间目标测量等领域中有重要应用前景。然而，目标高速运动导致雷达干涉中频信号发生频谱展宽，对测量精度形成了严重影响。为此，对FMCW激光雷达测量高速目标问题开展理论分析，建立了中频信号频谱的理论表述，利用频谱对称性的特征，提出了一种新型的基于频谱自卷积的中频频率解算算法。通过数值仿真进行验证，证实此算法可有效校正频谱展宽导致的测量误差，实现目标距离和速度的高精度测量，与传统方法相比，可在相同信噪比条件下实现测量精度三个数量级以上的提升。此算法运算量小，抗噪声干扰能力强，且应用前景广阔，对于推进FMCW激光雷达在空间碎片观测预警等空间技术领域的应用具有积极意义。

为了实现对失稳、快旋空间非合作目标运动状态的测量, 提出一种基于单目相机序列图像的测量方法。根据目标与探测器的投影几何关系, 推导和证明了测量方法的可行性。根据空间光照环境的特点, 给出一种基于MSER特征的图像处理方法, 用于稳定提取目标在图像中的投影角。根据获得的多帧序列投影角值, 通过设定合理的多项式拟合模型, 计算非合作目标的自旋速率。最后通过在轨图像数据, 进一步验证了方法的有效性和测量精度。实验结果表明: 对于某60°/s的快旋非合作目标, 用1 Hz帧频的单目相机观测150 s, 该方法对目标的测量均值为6007°, 测量标准偏差为0.05°/s, 实现了稳定可靠、高精度的空间非合作目标运动状态测量。

建立了自由射流模型，采用了可压缩流体轴对称N-S方程和RNG k-ε模型，重点分析了出流为欠膨胀波时的马赫盘(MSD)结构。对出口静压为6.145×105 Pa的自由喷射外流场进行数值仿真，描述了不同出口马赫数时的射流场结构，分析了马赫盘与喷嘴出口马赫数之间的关系，揭示了随着出口马赫数的增加，马赫盘的宽度呈现出收敛趋势，表明超音速喷嘴设计在保证常用工作压力时不出现过膨胀的情况下应适当提高出口马赫数。揭示了实际切割过程中，随着出口马赫数不断增大，马赫盘将收敛于一固定位置。对求解模型进行流场可视化对比验证，证明了仿真结果的准确性和结论分析的有效性。

通过基于结果的自适应算法对激光穿孔过程中的撞击射流场结构进行了计算。辅助气体与工件之间相互作用的本质过程可以描述为轴对称撞击射流过程,高压气体的轴对称撞击射流可以展示在高压状态下气体与工件之间的相互作用。气体射流与工件相互作用时,入射斜波与正激波发生直接接触和非接触的两种不同状态,分析了高压气体辅助激光切割第二个合理的加工区域的存在原因,加工参数对切口中气体动力学性能的影响,以及分析高压气体辅助加工能力随工件与喷嘴距离之间的关系。通常在入射斜波与正激波直接相互作用没有完成时,质量流率随工件与喷嘴距离变大而剧烈衰减,因此高压气体辅助激光切割时要尽可能保证工件与喷嘴的距离限定在合理的范围内。

分析了激光切割的简易折线结构超音速喷嘴辅助气体射流场结构与喷嘴喉部转角的关系,以及发散段长度对流场状态参数的影响规律,通过合理规划发散段直线的长度,使简易折线结构的超音速喷嘴能够获得均匀的流场结构与最佳的动力学特性.最后仿真结果验证优化后的喷嘴可以获得合理辅助气体出口参数与动力学性能良好的射流场结构.