随着人类航天事业的不断发展,空间碎片的数量也逐渐增多,其严重威胁着航天器的安全。为了提高航天器在空间碎片环境中的生存能力,就必须对航天器进行有效的防护设计,主要是通过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为其提供可靠的数据。目前,二级轻气炮是地面实验中最常用的加载设备之一。在二级轻气炮超高速加载实验中,弹丸速度的测量一直是实验的重点和难点,它决定着实验的结果的可靠性;同时近距离的超高速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远程控制展开研究。首先,阐述了气体炮的几种常用测速手段以及国内外轻气炮测速方法的研究现状,分析了各个方法的优缺点。在现有测速手段的基础上,提出了二级轻气炮激光测速的总体设计方案,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。其次,在二级轻气炮实验中对铝球弹丸进行了测试,验证了测速装置的可靠性,与磁测速对比,取得了较好的结果。分析了测速系统的误差和不确定度,针对气体干扰、电路高频特性等问题提出了改进方案。最后,分析了现有二级轻气炮控制系统,进一步完善了传感器采集,提高了显示精度。阐述了控制柜显示模块设计思想,实现了控制柜显示模块与控制软件的同步显示。详细介绍了二级轻气炮控制软件的开发流程,对软件中涉及到的采集卡的重要数据结构以及接口函数进行了说明。