针对脉冲激光周向探测系统在高速转动条件下转轴形变影响探测性能的问题，通过建立高速转轴的力学模型，推导出转轴弯曲变形的理论公式；结合平面扩展目标的回波功率方程，建立了转轴偏移下目标探测成像模型。通过仿真分析转轴形变对回波信号幅值电压和成像位置的影响，结果表明：当电机转速达到40000 r/min时，转轴在全反平面镜处角位移达到0.013 rad，沿Y轴的形变达到0.88 mm；回波信号幅值电压随着转速的增大而逐渐减小；空间成像点在40000 r/min时有0.004 m的位置抖动。

针对动态物体影响传感器进行机器人位姿估计的问题，本文提出了一种基于动态特征剔除点云与图像融合的位姿估计方法。首先，YOLOv4和PointRCNN分别被用于识别图像和点云中的潜在运动目标并提取候选框。其次，在视觉定位方面，双目视觉与稀疏光流被用于路标点的构建与追踪，并根据候选框剔除动态特征点，随后构建重投影误差函数，通过基于RANSAC剔除的非线性优化方法求解相机位姿；在激光定位方面，提取前后帧的直线与平面特征点，并根据候选框进行筛选，基于特征点到直线或平面的距离构建误差函数，进而求解激光雷达位姿。为使系统不再局限于单一传感器的使用环境限制，通过自适应加权方法，有效融合了两种位姿结果。最后，通过KITTI数据集和动态场景采集的数据进行定量实验对比，验证了剔除动态特征后的位姿估计的精确性以及融合算法的有效性。

针对激光雷达多目标探测回波特性问题，基于传统单点激光回波理论，考虑激光照射区域和目标倾斜角度因素，推导出多目标激光雷达回波方程。数值仿真结果表明：多个目标回波峰值电压随着目标照射区域减小和目标倾斜角度增大而逐渐减小。搭建了多目标回波探测实验平台，采集了不同激光照射区域和目标倾斜角度下的回波波形，对比了峰值电压理论计算结果与实测结果。结果表明：理论波形与实验波形一致，峰值相对误差控制在6.7%以内，验证了理论模型和所推导公式的有效，所得结论可以为脉冲激光雷达全波形分解和反演提供理论参考性。

针对激光雷达与相机数据融合问题，提出了一种基于室内结构特征的二维激光雷达和彩色相机之间的标定方法.该方法利用室内场景的柱特征，根据点在线上的位置关系推导激光雷达与相机坐标系间的投影矩阵方程.采用Canny算子和Hough变换提取墙角图像中直线特征，利用RANSAC方法拟合点云中的角点特征.通过奇异值分解法求解投影矩阵，在剔除重投影误差较大的点线特征数据后，进一步优化标定结果.实验结果表明：采用优化后的投影矩阵，柱子特征点的平均重投影误差从0.375 5个像素降低至0.045 9个像素.与两步标定法相比本文提出的算法具有更好的重投影效果.同时该方法不需要特定的标定物体，仅用较少的时间即可实现较高的投影精度.

针对对地攻击火箭弹单发毁伤概率低的问题, 设计了一种激光周向探测系统, 旨在提高对地攻击火箭弹的目标捕获概率。推导了平面目标脉冲激光回波波形的解析式及最小可探测光功率, 并结合对地攻击火箭弹的末端弹道特性, 建立了激光周向探测系统的弹目交会模型。运用蒙特卡罗算法仿真分析了对地攻击火箭弹采用不同探测系统时目标捕获概率随脉冲激光重复频率和扫描转速的变化规律, 探讨了弹速和命中精度对于目标捕获概率的影响, 获得最佳激光重复频率与扫描转速。仿真结果表明: 当脉冲激光重复频率为5 kHz, 扫描转速为10 000 r/min时能实现目标的有效捕获; 采用激光周向探测系统能有效提高目标捕获概率, 提升单发毁伤效能, 为激光周向探测系统在对地攻击火箭弹上的应用提供了理论依据。

针对脉冲激光周向探测平面目标回波特性的问题，设计了脉冲激光周向探测系统。基于传统激光雷达方程，采用单站式激光雷达散射截面方程，推导了混有时空分布的回波功率的一般方程。基于倾斜平面目标的表面特性，推导了扩展目标和非扩展目标的回波功率方程。通过仿真分析了脉冲展宽特性、朗伯体与非朗伯体平面的目标回波特性。对周向探测系统进行加工以及回波实验，实验结果表明，数值计算回波与粗糙平板实际回波波形一致，为脉冲激光周向探测系统测距提供了理论依据。

针对常规弹药脉冲激光周向探测系统无法精确获取目标方位信息的问题, 设计了基于磁电检测的单光束激光引信全向方位角探测方案.对磁电检测系统进行建模, 建立圆柱形永磁体转动磁场模型, 推导出磁阻传感器所测位置磁场的解析式, 验证所测磁场为一正弦磁场信号.依据此正弦信号, 设计了上升沿阈值周期检测算法, 并运用FPGA与TDC-GP21对激光回波出现时间与电机转速信号周期进行高准确度时间间隔测量实现方位角的解算.依据方案设计原理样机并编写上位机程序, 进行方位角探测实验.实验结果表明: 磁电检测系统采用多重屏蔽方法, 能有效抑制电磁干扰; 并能实时监测电机转速, 实现方位角解算, 方位角解算误差在±2°以内.满足激光引信方位角测量的高准确度、抗干扰能力强等要求.

根据常规弹药最佳定向起爆要求, 针对弹目交会环境, 建立脉冲激光周向探测系统单次和二次扫描最佳起爆延时模型和最佳起爆方位角模型.运用Matlab对模型参量进行数值仿真, 分析探测方位角、弹目间距和目标俯仰角对最佳起爆延时和起爆方位角的影响.结果表明：当激光扫描到单次目标时, 最佳起爆延时随弹目之间距离的增大而增大, 随探测方位角的增大先减小后增大, 最佳起爆延时的变化范围在0~20 ms之间；当脉冲激光周向探测系统扫描到二次目标时, 在大部分时间内最佳起爆延时时间为0 ms；在非零区域内, 最佳起爆延时随弹目之间距离的增大而增大, 随探测方位角的增大先变大后变小.

针对单光束激光周向探测系统中的扫描频率与电机转速的匹配难点问题，进行了单光束脉冲激光周向探测系统的目标探测研究。为提高单光束脉冲激光周向探测系统探测概率，建立了周向探测系统的弹目交汇模型，运用蒙特卡罗算法分析了激光脉冲频率和电机扫描转速对周向探测系统探测目标概率的影响，并选取最佳脉冲频率与电机扫描转速。根据最佳激光脉冲频率与电机扫描转速设计了原理样机并进行模拟探测实验。实验结果表明，当脉冲激光频率为20 kHz，电机扫描转速为30000 r/min时，在3 m探测距离范围内周向探测系统能有效探测目标。为单光束激光周向探测系统的最佳激光脉冲频率和电机扫描转速设计提供依据。

针对小口径弹药用脉冲激光周向探测系统的小体积和轻质量的设计难点，在全面分析脉冲激光周向探测系统的基础上，提出了采用激光发射系统解体分离技术和光学系统扁平化技术实现脉冲激光周向探测系统小型化的解决方案.将传统、较大尺寸、一体化结构的激光发射系统的激光器与激光器驱动电源进行结构分离，达到轴向尺寸压缩的目的，并利用灌封技术进行抗过载处理；选择平凸球面单透镜光学元件代替非球面透镜，经过理论计算和光学系统仿真，设计出扁平化激光准直系统，有效压缩轴向尺寸.针对结构小型化带来的空间电磁干扰问题，基于磁场屏蔽机理，采用特殊结构屏蔽体，有效抑制了电磁干扰.加工制作了原理样机并进行了目标探测试验.实验结果表明：样机能有效探测近程目标，且脉冲激光周向探测系统的有效尺寸显著减小，验证了小型化技术的可行性和实用性.