为解决复杂场景下城区点云分类精度不高的问题,提出了基于多尺度自适应特征的分类方法。首先,对经典几何统计特征和点直方图特征进行组合,将组合特征集作为分类依据;然后采用随机森林法评估特征的重要性,并自适应选取重要的特征集;最后基于多尺度自适应特征实现了点云的分类。实验结果表明:该方法能实现城区点云的高精度分类,能适合任意尺度下不同分辨率点云数据的分类。

合成孔径激光雷达(SAL)能够实现远距离目标的精细成像。由于SAL基于距离多普勒原理成像, 将地面场景映射到成像平面上会引起高程信息的丢失。提出了一种基于距离向扫描的SAL目标三维重建方法, 通过距离向扫描体制SAL得到一定扫描角度范围内的多条合成孔径图像, 利用相邻条带图像目标的重叠成像实现三维重建。基于TerraSAR图像仿真计算结果表明: 距离向扫描体制SAL可以实现目标的三维重建。

针对加乘常数改正和灰度改正的优先顺序, 提出了灰度优先的距离检校模型。首先分析了脉冲式测距的主要误差源; 然后验证了加乘常数和距离改正表的存在性, 以及灰度对加乘常数的影响, 接着验证了不同距离处距离改正表的一致性; 最后提出了灰度优先的距离检校模型。为了得到不同灰阶的数据, 利用地面激光扫描仪对不同灰阶靶标板进行二维扫描, 并用不同距离的数据, 比较了不同距离检校模型的精度, 实验结果表明, 灰度优先检校模型的精度高于常数优先检校模型的精度, 距离精度提高到5 mm。同时, 灰度优先检校模型的结果不受灰度影响, 具有普适性。

提出一种螺旋式扫描机载激光雷达系统的数字高程模型(DEM)内插算法。首先，描述螺旋式扫描激光雷达系统的扫描特点，并阐述实时计算重叠区域的原理；然后，介绍改进的三角网迭代加密滤波法，并将其用于地面点与非地面点的分离；最后，基于随机森林法内插DEM。实验结果表明，该方法实现了螺旋式扫描机载激光雷达系统的DEM内插，且内插精度符合工业生产的数据要求。

即使机载激光雷达经过良好的检校, 激光雷达数据仍可能呈现残余系统误差, 从而导致测区各个航带存在变形。先基于面特征计算安置角, 为消除残余系统误差的航带平差提供初始点云; 再基于迭代最近点法(ICP)的航带平差法, 以连接点三维坐标相等为条件, 对扫描角度误差进行非线性变形改正。结果表明, 该方法能保证高空飞行数据的绝对精度, 点云精度可满足要求。

相位梯度自聚焦（PGA）算法广泛应用于合成孔径雷达的运动误差补偿。激光信号波长比微波信号小3~4个数量级，因而在合成孔径激光成像过程中，实验平台的振动会引入极大的相位误差，导致成图质量下降。在合成孔径激光雷达（SAL）成像过程中应用PGA算法，并针对激光波段信号的特点对传统的PGA算法在加窗方法上加以改进。实现了SAL样机在室外64 m成像距离下的快速合成孔径激光成像的实验验证，证明PGA算法能够实现散焦数据中相位误差的精确补偿，且改进后的PGA算法在达到同样补偿效果的前提下，迭代次数更少。

介绍了作为机载激光雷达关键部件的激光扫描仪模块化设计方法和各模块主要功能。为实现激光扫描仪的小型化、轻量化目标，设计了四面棱镜作为扫描部件，分析了工作距离与光学口径的对应关系并基于探测器参数设计通光口径，采用光纤激光器作为光源有效减小了扫描仪的尺寸和功耗，并设计了准直系统对出射激光进行整形。在16 m距离和293 m距离的定点测距地面测试中，轻小型激光扫描仪精度可达到5 mm和18 mm，最后介绍了搭载轻小型激光扫描仪进行的飞行实验结果。

针对相位式激光测距中的鉴相误差，建立了谱分析鉴相的误差模型，提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法。分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差，指出这些测量偏差受初相位的影响，在高速测距中不容忽略。提出了一种无偏改进方法，通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器，将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号，在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下，实现了近似无偏谱分析鉴相。仿真分析和实验验证结果表明，鉴相均值与真实相位差相同；当信噪比为40 dB时，每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时，测距精度达到0.4 mm。实验表明，将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相，可实现高准确度相位差测量，并可应用于高速相位式激光测距。