介绍了一种基于8×8面阵SiPM(Silicon photomultiplier)的少光子高精度多波束三维成像激光雷达系统，并给出了激光测距的理论计算以及系统设计.从64波束线阵激光并行发射出发，采用线阵转面阵光纤的排布技术实现激光发射与探测器接收配准.设计了离轴三反的光学收发系统、超窄带滤波结构以及64通道高速并行读出电路，并搭建了激光雷达样机.实验结果表示，静态21 m测距下，64通道一致性较好，测距精度均达到1 cm，最大距离偏差为6 cm；三维成像中，分辨率达到512×512，成像时间100 ms，能够分辨15 cm不同目标，平面点云厚度为5 cm.

针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点, 提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)作为回波探测器, 并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统, 实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下, 对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示, 系统的噪声为随机分布, 且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级, 鉴别阈值略大于该值时, 即可清晰地分辨出信号和噪声; 对于包含32个光子的回波信号, 探测器中发生雪崩像元的个数约为4个, 此时系统测距精度达到3?滓=3 cm。

介绍了基于InGaAs单光子探测器的日光条件测距实验，通过压缩激光接收视场、使用超窄带滤光片、结合超快主动淬灭电路等降低InGaAs单光子探测器死时间的方法，成功地进行了基于InGaAs单光子探测器的日光条件光子计数测距实验。分析实验数据，分别获取基于InGaAs探测器和Si基探测器的系统探测灵敏度、系统测距精度等参数，并进行比较。实验结果表明：经过高速主动淬灭电路优化后的InGaAs探测器，其死时间与Si基探测器的死时间相当；在背景光噪声一定的情况下，使用InGaAs探测器可以提高系统的探测灵敏度，从而增加系统的最大测程；得益于InGaAs探测器的低抖动时间，在提高系统最大测程的同时，系统的测距精度不受影响。

设计了一种高精度、高线性度、轻小型激光脉冲飞行时间测量模块。结合TDC7201芯片在时间测量方面的优势, 将其作为时间测量核心部分, 并将STM32F103RET6微控制器作为主控芯片来控制整个模块的工作。实验结果表明, 该模块在12 ns~100 s时间间隔范围内的时间测量精度最高可达4.1 ps; 测量结果的线性拟合相关系数为1, 且能够测量激光脉冲主波与5个回波之间的时间间隔。该模块可满足基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)的脉冲式激光测距系统的高精度、高线性度、多回波、轻量化等实际应用需求。