空间碎片对在轨航天器安全运行的威胁问题,已经日益严重,为了提高航天器对危险空间碎片的抗撞击能力,并且进行风险评估,需要在地面进行一系列的超高速撞击模拟实验来验证防护设计方案并且为其提供可靠的数据。二级轻气炮可以发射各种形状的弹丸,而且对弹丸质量、尺寸和材料有较宽的适应范围,对同一速度的可重复性好,是目前超高速弹丸驱动中应用最广泛的技术之一。在二级轻气炮超高速加载实验中,弹丸飞行速度的测量一直是实验的重点和难点,它决定着实验结果的可靠性;同时近距离的超高速撞击实验操作也存在着一定的危险,本文以哈尔滨工业大学空间碎片高速撞击研究中心的二级轻气炮实验系统为研究对象,结合现代传感器技术和计算机控制技术,针对弹丸的速度测量和轻气炮的自动控制展开研究。首先,阐述了国内外空间碎片防护的研究现状以及气体炮几种常用的测速方法,分析了各个方法的优缺点,简单介绍了二级轻气炮的工作原理。其次,分析了现有的二级轻气炮控制系统,阐述了控制柜显示模块设计思想,设计了一套独立的数据采集系统,可在二级轻气炮手动工作模式和自动控制模式下工作,并且介绍了二级轻气炮控制软件的开发流程。最后,提出了二级轻气炮激光测速系统的总体设计方案,设计了测速平台、发光检测电路、测速电路,并详细分析了各电路的基本原理。在二级轻气炮实验中对铝球弹丸进行了一系列测试,验证了测速系统的可靠性,得出了弹丸测速的规律和特点。分析了实验环境对弹丸测速的影响,以及测速系统的误差和不确定度。通过大量的实验验证,整个测速系统取得了较好的实验效果。