空中目标位姿定位是测量技术领域的重要研究方向之一,其中基于光电探测原理的测量系统具有作用距离远、实时性好、精度高、抗干扰能力强等优点,应用前景广泛。本文针对空中目标位姿定位的实际需求,基于光电扫描测角原理和激光雷达测距原理,提出了一种新型机载扫描定位系统的方案,并设计了相应的光学系统。首先制定了系统的总体方案。利用垂直共轴双路激光扫描实现方位角和俯仰角的测量,同时利用飞行时间探测法探测目标的距离。分析了该方案可能存在的误差有扫描光束质量、转台转速误差、扫描偏心误差等,讨论了避免误差的措施。完成了线形平顶化激光发射、激光接收和逆向反射器模块的设计。根据主、从机光学系统对发射模块的要求,对激光进行了光束整形。最终实现激光束X方向发散角小于±0.05°,均匀度大于90%;Y方向扫描角为30°,均匀度大于98%。通过使用分光镜、反射棱镜等光学元件,对整形后光束进行了结构上的合理排布,使其满足工作要求。接收镜头选择APD作为光电探测器,最终优化设计的镜头为4片结构,包含2片非球面,接收视场为±37.5°,F数为0.57。最后进行了公差分析和杂散光分析,重点研究了太阳光对接收镜头的影响和解决办法。选择角锥棱镜作为系统的逆向反射器,通过仿真模拟确定了单个角锥大小为21 mm,且角锥分两排排布,各排分别倾斜7.5°和22.5°。完成了主、从机光学系统的结构设计。根据发射模块、接收模块和反射模块的装调要求,设计了各模块相应的机械结构和系统的整体结构,并对各部分的装调过程进行了简单说明。最终主机系统外形尺寸为Φ103mm×65 mm,从机系统外形尺寸为Φ116 mm×39 mm,满足机载系统小型化、轻量化的设计要求。