为实现脉冲激光回波信号参数的高精度测量，利用全波形采样技术设计了一种微弱激光信号检测系统，对信号的脉宽、实时功率以及能量等参数进行分析。所提系统硬件平台使用低噪声宽动态范围模拟前端进行信号预处理，基于现场可编程逻辑门阵列、模数转换器等模块实现数据量化与动态时域锁存。针对低采样率平台数据离散程度高引起的波形重构失真，提出了一种基于非均匀周期触发信号的多帧积累算法以降低硬件平台成本。通过对量化数据的拟合补偿，所提算法提升了系统激光信号参数的解算精度。所提系统对脉宽3 ns、峰值功率9 μW的脉冲激光器进行参数检测并与高采样率平台进行对比。结果表明：所提系统对激光信号的脉宽解算误差约为0.041 ns，峰值功率解算误差约为0.53 μW，能量积分误差约为4.52 fJ，所有参数重复测量不确定度小于8%。

激光雷达被广泛应用在无人驾驶、测量测绘等领域，为降低功耗、成本和体积，脉冲式半导体激光器成为激光驱动电路的首选。在此背景下，以电感为储能元件对一种窄脉宽大电流半导体激光驱动电路进行了优化设计。在详细介绍驱动电路的工作原理的基础上，重点研究了储能电感值大小与电路功耗的影响关系。运用ORCAD PSPICE仿真软件建立了驱动电路仿真模型，总结出影响脉冲电流的脉宽、峰值和波形振荡的主要因素。测试表明，在电路重复频率为10 kHz的条件下，储能电感功率损耗为59 mW，驱动电路的脉宽为3.8 ns，上升沿为3.5 ns，下降沿为3.7 ns，峰值电流为132 A，激光器输出峰值光功率约为326 W。

多线列激光雷达具有广泛的需求，而现在的激光雷达探测处理电路多采用分立元器件组成，且探测器与处理电路相分离，存在体积大、成本高、可靠性差等问题。针对上述问题，本文基于系统级封装技术，设计了一种集成化的16 元激光雷达模拟前端微组件，对多元激光雷达微组件的研究具有重要的现实意义。该组件集成了16 元线列雪崩光电二极管探测器、自研的多通道激光雷达模拟前端读出电路芯片、温度传感器和半导体制冷器等，实现了探测、处理和温控一体化。测试表明，微组件的恒温稳定性为0.07 ℃，其带宽可达190 MHz，集成化微组件的噪声水平相比非集成化组件降低了32%以上，实现了对5 ns 激光窄脉冲的高速探测。

盖革APD阵列探测的激光成像雷达具有高灵敏度、高帧频、宽视场、坚固、体积小等优点, 成为了激光成像雷达发展的趋势。但目前APD阵列像元填充比低, 器件阵列少, 无法满足高分辨率激光成像的要求。为了解决该问题文中提出采用激光点阵发射的方法与APD阵列像元一一对应, 采用拼接技术提高成像分辨率, 采用微扫描技术提高激光成像视场。通过构建实验系统, 完成了室外试验, 成像效果良好, 使用现有APD探测器(32×32)将系统空间分辨率提高了四倍(64×64), 提高了激光三维成像能力。

对激光雷达距离探测中的回波信号建模, 提出一种窗宽自适应形心修正算法, 根据窗宽与饱和度的关系建立窗宽自适应模型以获取形心, 并采用中位数修正, 实现高精度饱和波形时刻提取.利用Matlab进行仿真分析, 结果表明当信噪比为10 dB时, 窗宽自适应形心修正算法精度为0.3 ns, 相比于传统形心算法提高92%, 可有效解决形心漂移问题.利用板级系统实测波形验证算法, 并针对实测波形的微小畸变修正该算法, 结果表明在饱和波形下该算法时间精度可达0.5 ns, 可实现7.5 cm的测距精度, 有效增大测距动态范围, 降低系统复杂度.

为实现大动态范围信号的有效接收, 设计了一种三路并行的信号处理架构, 分别设置为低、中、高三种不同增益, 以实现不同水深下不同幅度的回波信号处理.同时利用数据拼接方法以及一种基于五角函数和高斯函数组合的拟合算法综合处理三路数据并进行水深评估.基于Wa-LID回波仿真模型得到回波数据, 验证多路并行处理架构的实用性.仿真结果表明, 本文提出的多通道处理技术可测信号的动态范围达86.9 dB, 对应的最大测深为26 m, 测量偏差为1.6 cm 至4.7 cm, 标准差小于1.1 cm.可有效应用于机载激光雷达测深系统.