在远距离空中目标测量中,使用雷达探测到目标后需要使用光电成像系统对目标进行进一步的捕获和跟踪,以获得目标的图像信息和实现对目标方位的高精度测量。红外成像设备由于对目标的探测效果好和可全天候使用在远距离目标探测中得到了高度重视和广泛应用。由于目标距离远,成像系统可接收到的辐射信号很弱,因此对目标的光电捕获和跟踪要求能够以一定的分辨率和信噪比对目标进行成像。同时,由于雷达引导数据存在较大误差,因此要求系统的成像视场能覆盖一定的范围以实现对目标的可靠捕获。然而对单台成像系统而言,在成像器件尺寸和像元数确定的情况下,其镜头焦距和可覆盖的视场相互矛盾,扩大系统成像视场需要减小所使用镜头的焦距,但镜头焦距减小会导致对目标成像的分辨率下降、信噪比降低,以致系统对目标的作用距离降低。而在当前的技术水平下,单块红外成像器件由于靶面尺寸较小难以同时满足工程中系统对成像分辨率和可覆盖视场的要求。因此,在保证可以对目标进行高分辨率成像的条件下,需要使用一定的手段实现对目标区域的大视场成像。本文以某预研项目远距离目标测量为应用背景,对大视场远距离目标光电探测技术进行了研究,提出了一种通过控制相机做圆锥旋转实现大视场扫描拼接成像的方案,并根据该方案设计了大视场远距离目标光电捕获跟踪系统。本文主要内容概括如下:1、首先对远距离目标光电测量的工程应用背景进行了介绍,综述分析了远距离目标光电探测的发展现状和主要技术问题,以及红外成像器件的发展历史和现状,最后引出了本文的主要研究内容。2、对不同工程领域应用的大视场成像技术进行了调研,分析了不同大视场成像方案的特点,然后针对远距离目标捕获跟踪的工程实践需求,提出了一种基于平动式圆锥旋转的扫描式大视场拼接成像系统。该系统以扫描相机实现对目标的大视场范围捕获,以固定相机实现对目标的凝视跟踪。由于将目标捕获和跟踪功能集成于单套系统上,功能转换直接,整体数据链路短,该系统非常适合应用于远距离目标测量领域。3、为了对所提出的大视场成像系统设计方案进行验证,并更深入地理解系统构建中所涉及到的技术难点,搭建了实验样机平台。具体过程为,首先提出了相机扫描控制机构的设计方案,并基于该方案设计了系统结构;然后以DSP2812芯片为控制核心设计了系统的运动控制和相机的曝光控制流程;接下来基于该样机平台对系统成像特性进行了分析,并根据分析结果设计了系统图像处理流程;最后基于MATLAB软件设计了包含系统控制、图像采集和处理功能的用户界面。在对扫描相机的像移特性进行分析时,提出了使用维纳滤波算法对图像进行复原处理,取得了较好的效果。4、基于该实验样机平台进行了实验。首先设计了样机的校准流程,然后在校准完毕后进行了内场实验和外场实验,实验结果证明了该系统设计方案的可行性。5、在上述系统设计方案的基础上提出了一种基于中心式圆锥旋转的大视场扫描拼接成像系统,并参考上述平动式圆锥旋转系统的研究过程对该系统进行了分析。设计了相机的运动控制结构,并基于该结构对系统的成像特性进行了分析。最后,对两种成像系统进行了对比分析。本文研究针对远距离目标测量的大视场成像系统,围绕系统的设计过程展开,较为完整地论述了系统中涉及光学、机械、电子控制和图像等方面的内容,为实际系统的工程开发打下了基础。