合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广，相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。由于传统线性调频模式受制于调频速率和非线性等因素，无法应用于高速运动平台。从合成孔径激光雷达原理出发，结合光通信调制手段，详细推导了强度编码合成孔径激光雷达编码压缩原理公式，并仿真验证了M序列应用于强度编码的压缩性能。通过对模糊函数推导与仿真，证明强度编码信号不存在多值性模糊和互耦合误差。搭建了基于光纤的强度编码距离向分辨率验证实验系统，选取长度1 023、码元宽度5 ns的M序列进行强度编码调制，利用2 000 m延时光纤进行了距离向验证。在考虑载波光幅值抖动的情况下，得到了0.787 5 m的距离向分辨率，精度误差5%。该文从理论与实验两方面证明强度编码合成孔径激光雷达的可行性，为工程实现提供了一定实践支撑。

针对“双频双调制双本振(DFDMDL)”大测距动态范围高重频相干测距测速体制, 分析了该体制信号调制需要考虑的调频线性度、发射光和本振光信号的“幅-频”特性、对称三角线性调频(STLFM)信号的周期稳定性等因素, 通过参数的对比、仿真及实测, 提出了适合本系统的信号调制方案．实测结果表明, 采用声光移频器(AOFS)外调制提供高线性度STLFM信号, 直接数字频率合成(DDS)驱动AOFS, 通过DAC调节射频驱动源功率补偿AOFS非平坦的“幅-频”特性, 以及基于FPGA的高精度时间测量系统监测STLFM信号周期及测量多个STLFM周期间的时间差, 可以使该“双频双调制双本振”体制具有较高的距离测量精度, 并为通过脉冲积累减小发射能量的途径提供了可能．

分析了简单“对称三角线性调频(STLFM)”连续波测距测速激光雷达体制及其局限性, 提出了“双本振”、“双调制双本振”、“双频双调制双本振”相干激光雷达体制, 不同程度提升了简单STLFM体制激光雷达的测距动态范围及探测重复频率等性能.对三种体制中涉及到的关键理论进行了仿真分析, 对探测精度进行了分析并提出了进一步提高测距精度的措施, 仿真分析了采用脉冲积累降低对发射功率需求的能力.几种体制对比表明“双频双调制双本振”对称三角线性调频连续波测距测速激光雷达体制具有大测距动态范围、高探测重频、能有效降低对发射功率的需求等优点.

基于非局部滤波的去噪算法较之传统的基于局部统计特性的算法可以获得更好的图像复原质量。由于相干激光雷达强度像主要受散斑噪声的影响，采用结合同态变换的同态非局部均值（H-NLM）算法、同态多级非局部均值（HM-NLM）、同态块非局部均值（HB-NLM）和同态块匹配三维滤波(H-BM3D)等基于非局部滤波的算法对真实相干激光雷达仿真强度像进行了去噪处理，并对去噪结果进行了对比分析。实验结果表明，H-BM3D算法对单帧强度像、HM-NLM对6帧平均强度像具有较好的复原效果，复原图像目标灰度分布均匀性好，边缘比较清晰，能够反映目标的几何结构特征。

针对相干激光雷达距离像和强度像的不同噪声特性，分别采用基于块匹配和三维滤波(BM3D)算法对距离像和强度像进行了去噪处理，并与非局部均值(NLM)算法的去噪结果进行了比较和分析。实验仿真结果表明，对于强度像，同态BM3D算法明显好于同态NLM算法，在保持目标区域的灰度分布均匀性、保持及恢复图像边缘等方面具有较好的性能；对于距离像，由于一般更注重保持正确的距离值，BM3D和NLM算法均不够理想。

提出了一种基于非局部均值(NLM)滤波的相干激光雷达距离像去噪方法，结合滤波后的强度像和原始距离像、背景抑制(B-S)后的中值滤波和NLM滤波等图像融合方法，实现B-S和距离反常抑制。对不同载噪比的相干激光雷达多目标仿真图像进行了去噪处理。比较了Lee滤波等方法处理结果。实验结果表明，采用该方法，能够满足距离像背景噪声抑制、目标上距离值正常和边缘保持三方面要求。

激光成像雷达能获得角-角-距离-强度像，易于目标识别，从而备受青睐。图像处理是激光成像雷达的关键技术之一，其中图像噪声抑制对图像质量的提高起着事半功倍的作用。利用新近发展起来的非局部均值算法对相干激光雷达仿真及真实强度像进行了去噪研究。分别采用非局部均值算法、同态非局部均值算法对不同载噪比下的单目标仿真强度像进行了去噪处理，同时对比了Lee滤波和均值滤波处理效果。最后用真实的相干激光雷达强度像进行了验证。实验结果表明，采用同态两级非局域均值算法在满足背景噪声抑制、目标图像均匀性和边缘保持三方面要求上性能最佳。

相干微多普勒激光雷达具有探测灵敏度高、探测信息量大等特点，特别适合于动目标探测、目标特征识别等应用.本文从线宽和探测距离两个方面讨论了模场相位随机起伏（相位噪音）对于测速准确度的影响，实验证实了相位噪音对激光微多普勒探测的影响，并探索出解决上述问题的方法——光纤补偿法.实验中，以输出波长为1.064 μm单块非平面环形腔激光器为光源，利用光纤补偿方法，并结合时频变换的算法，用外差探测的方式成功观测到了微多普勒频移，在传输距离为11 km时，系统最低探测速度达到了0.5 mm/s，速度分辨率达到了mm/s量级，频率分辨率达到了kHz量级,为微多普勒激光雷达的实际应用奠定了良好的实验基础.

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术。以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干。用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz。利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析。在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级。利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的。