实现目标实时动态追踪与识别是条纹管激光成像雷达中亟待解决的问题,针对条纹管激光成像雷达峰值探测三维重构算法运算时间长的问题,提出一种抽样插值目标三维重构算法,以一定的抽样率对条纹图像等间隔抽样并插值运算,再进行峰值特征提取运算。当抽样率为4%时,对于探测距离为706 m的目标,抽样双线性插值重构法的运算速度比原重构法提高了2.3倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.99;抽样最近邻插值重构法的运算速度比原重构法提高了3.5倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.98。实验结果表明所提算法可以提高目标三维重构速度,并且目标条纹图像帧幅数越多,目标三维重构速度改善效果越好。

为了满足惯性约束聚变(ICF)实验对X射线条纹相机提出的新技术要求,设计并研制了一种大物面X射线条纹变像管,利用球面荧光屏减轻场曲的影响,并通过提高阳极总压、增大偏转灵敏度来提高时间分辨率。测试结果表明:阴极有效长度可达40 mm,静态空间分辨率信息分辨总量可达1000 lp,动态空间分辨率为20 lp/mm,时间分辨率达3.3 ps,动态范围可达2281∶1,能满足ICF实验所提出的大信息捕捉量的要求。

条纹空间分辨率从中心到边缘逐渐降低, 为了改善条纹管像面的边缘空间分辨率, 构造了一个基于压缩感知的条纹相机成像重构模型.压缩感知目标函数采用正交匹配法实现, 并对重构参数进行了优化.原成像结果与重构结果对比表明：压缩感知重构图的对比度比原图提高了5%, 极限分辨率比原图提高了2 lp/mm, 并且离轴远区的改善效果好于中心区的改善效果.压缩感知重构方法可以改善像面边缘的成像对比度从而提高条纹相机成像的静态空间分辨率.

针对传统X射线快门选通微通道板(MCP)分幅相机利用针孔阵列获取目标图像时视角不一致的问题, 提出一种单一视角X射线变像管分幅方法。利用电子束团在电子光学交叉点所携带信息的全息性和可分割性, 设计了一种单一视角多幅输出图像的静电聚焦变像管, 输出端配接MCP分幅单元以实现图像选通和增强功能。与传统门控MCP分幅管相比, 其既能实现图像视角的同一性, 又可以避免直穿光激发荧光屏对输出图像的影响, 具有更高的信噪比。所设计的分幅变像管阴极有效工作直径为40 mm, 输出荧光屏直径为40 mm, 放大倍率为1.29, 中心理论空间分辨率达到60 lp/mm, 边缘空间分辨率达到26 lp/mm, 分幅曝光时间特性由快门选通MCP分幅单元的选通脉宽决定。该方法为实现X射线分幅相机视角同一性给出了一条有效途径。

等离子体诊断由于其持续时间为皮秒量级, 故要求在X射线条纹相机单次测量过程中尽可能多地获取信息, 其中一个有效的途径是增大其成像面积。为了解决大物面成像质量问题, 基于二电极同心球静电聚焦系统, 设计了一种大物面X射线条纹管。通过蒙特卡罗法仿真电子发射和龙格-库塔法追踪电子轨迹, 计算得到该管型阴极有效工作面积直径为50 mm, 中心静态极限空间分辨率可达50 lp/mm, 边沿静态极限空间分辨率31 lp/mm, 放大倍率为1.1, 整管长度600 mm, 管径100 mm。结果显示, 该条纹管满足大物面成像的要求, 可用于超快事件过程中大量信息的获取。

为了满足飞秒变像管扫描相机对偏转器的特殊要求，设计了一种应用于高速扫描相机的行波偏转器。根据Finch的行波偏转器设计理论，简化设计流程并利用HFSS软件建立偏转器模型，模拟并求解了行波偏转器的高频信号传播特性和通频带宽，通过电磁波相速度与电子束飞行速度的匹配确定了行波偏转器基本结构参数，并优化设计了一种适合应用于具有10 kV电子能量高速扫描相机的行波偏转器。所设计行波偏转器长度为44 mm，板间距为4 mm，通频带宽为4 GHz，偏转灵敏度为119.8 mm/kV。结合现有的高速扫描相机对此行波偏转器进行了测试实验，测试结果表明，设计结果准确可靠，设计方法得当。该研究为变像管扫描相机的行波偏转器设计提供了有效途径，缩短了高时间分辨扫描相机的研发周期。

为提高飞秒条纹相机的性能，设计了一种新型加速结构的条纹相机，它具有加速栅网和加速狭缝通道，平行平板电极结构。考虑实际惯性约束核聚变(ICF)实验中X 射线入射CsI光阴极，光电子能量弥散较大和空间电荷效应作用下，用蒙特卡罗方法抽样2000个光电子能量角度分布值，用四阶龙格-库塔法计算了电子在条纹相机中的飞行轨迹。在成像面上统计电子时空分布得到该条纹相机的时间和空间分辨特性，结果显示使用该加速结构的飞秒条纹相机空间分辨率达到21l lp/mm,时间分辨率达到508.4 fs，对比传统平行平板相机，分别提高了90%和29%左右，性能提高明显。该新型条纹相机加速结构简单，具有实用性。

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响.确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值.分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系.发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同.

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管，输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板(MCP)分幅管单元，实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比，不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本，而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm，输出图像直径40 mm，放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm，边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm，几何畸变不超过15%，其分幅特性由MCP分幅单元决定。