研究弹丸炮口运动姿态对控制及提高火炮射击精度具有极为重要的意义。针对大口径弹丸运动姿态的测量需求,开展了基于高速成像技术的大口径弹丸运动姿态测量方法研究。详细分析了现有阴影照相站的测量原理及工作过程、大口径弹丸运动特性及环境特性。在此基础上,阐述了测量系统设计的要点及难点。针对俯仰角及偏航角高精度的测量要求,照相站采用相机光轴“水平-竖直”正交的布局方式,以降低图像坐标系和照相站坐标系之间的转换误差;计算分析了相机及镜头参数,包括相机分辨率、镜头焦距,并对成像组件进行了防尘设计和杂光干扰抑制设计。采用了基于激光反射对中的测量系统校准方法;设计了准直光源模块和田字网格位姿检测模块;针对田字网格网格面区域相机视场不能被遮挡、相机测量线高且高度可调的校准要求,选择了大可视区域的六轴并联机器人,设计了可移动调整台及两种不同高度的田字网格底座,并对可移动调整台进行了静力学仿真,仿真表明:在风载荷为75 Pa、垂直载荷为1000 N的条件下,可移动调整台高度调节行程可达80 mm;针对外场环境中缺乏移动轨道的问题,设计了对接式站间搬运模块。针对阴影图像对比度低、激波噪声明显的特点,采用分段伽马变换增强阴影图像;选择了一种基于中轴线与边缘的交点定位的弹尖提取方法;采用了一种基于椭圆拟合的弹尾特征提取方法,仿真表明:弹尾中心点的提取精度为0.44 piexl。分析了测量系统的测量误差,并搭建了大口径弹丸运动姿态测量系统,进行了精度验证实验,实验表明:姿态测量精度优于1′,达到了测量任务要求;进行了155 mm弹丸的姿态测量实验,获得了弹丸的俯仰及偏航角,结果表明所提测量方法有效、设计的测量系统可行。