近十年来, 由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势, 使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性, InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的32×32像元Gm-APD基础上, 搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台, 在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下, 获得了外场3.9 km目标的轮廓像, 在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验, 证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好, 能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明, 1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好, 能够实现远距离目标遥感探测, 为未来实际应用奠定了良好的研究基础。

激光成像目标模拟装置是激光雷达半实物仿真系统中的关键部件，其关键技术之一是目标建模。研究了激光成像目标的建模方法，以坐标变换理论为基础建立了目标模型，并搭建实验装置对模型进行验证。通过对不同视角下扫描的部分目标信息进行数据配准，得到目标的整体信息，然后根据视点坐标变换关系，可以在空间中任意视点获得目标的信息，以供图像生成系统生成图像。实验结果与理论值相似度高，验证了建模的正确性，为激光雷达回波目标模拟器获取目标信息提供了一条可行的途径。

激光成像雷达在工作时会受到噪声干扰,因此需要滤除距离像中无法反映真实信息的异常点。根据激光成像雷达距离像噪声的分布,推导出距离像中非异常值的分布特性,并提出了一种距离像异常值的判定条件。将判定条件表示为小范围内抽样分布的函数,利用稳健统计中的中位值法可估算出判定条件的取值,从而可以移除异常点得到噪声抑制后的距离像。利用该算法分别对激光雷达距离像进行仿真和实际获得的激光雷达距离像进行处理并进行数学分析,并与中值滤波进行了比较,结果表明基于统计特性的噪声抑制算法同时具有很强的噪声抑制能力和保护目标细节信息能力,可以满足激光成像雷达距离像噪声抑制的要求。算法充分利用了激光成像雷达较高的测距精度,可以应对多种场景下的需求,具有很强的实用性。

激光主动成像雷达在宽景深复杂场景目标成像探测过程中，由于远距离目标回波信号幅度较小，导致在强度像上缺失，影响了目标探测识别率。针对此问题，提出通过检测激光回波脉冲宽度生成激光二维平面像，即脉宽像，使用脉宽像完成宽景深远距离目标检测。利用条纹管激光成像雷达对复杂场景建筑物群进行推扫成像实验，分别获得了强度像、距离像和脉宽像。对脉宽像进行数据统计分析，结果表明，脉宽像的视觉效果优于强度像，相对于强度像，可将远场目标清晰呈现；不同的建筑物，其回波脉宽平均值不同；且光束入射角、目标的材质与回波脉宽密切相关：不同入射角的两个白色墙壁，其回波脉宽相差为2，玻璃与粉色的墙回波脉宽相差为4.7；而目标颜色（白色、粉色）对532 nm回波脉宽影响较小，回波脉宽相差仅为0.2。证明脉宽像可有效提高宽景深远距离目标探测率。

本文应用扫描式激光成像雷达获取试验数据并实现对激光数据的三维成像处理; 给出了基于目标特征的激光雷达图像与被动光学图像的数据融合方法; 实现了激光图像和光学图像间的三维融合。试验结果表明; 本文所提出的基于目标特征的两种不同质图像间的融合方法是可行的; 融合后的图像具有丰富的光谱信息和三维立体信息。

设计了一种基于角度多普勒分辨的接发同轴反射层析激光成像雷达系统，给出了基本成像原理和数学表达，相应分析了目标横向距离分辨率和单个角度采样时间的关系。并在实验室平台上模拟远场衍射传输，获取探测目标的角度多普勒分辨的反射投影图，采用滤波反投影算法实现目标横截面图像重建。此方法采用相干外差探测，可以大大提高雷达接收信号灵敏度，同时不涉及光频空间相位和时间相位，成像中没有相位匹配过程，降低了实施技术难度，具有一定的实际意义和使用价值。

随着激光技术的发展，激光成像雷达在现代战争复杂战场环境中逐渐获得了广泛的应用，目前激光成像雷达自动目标识别技术已成为国内外研究的热点问题。提出了基于组合矩的激光成像雷达目标识别算法，从激光成像雷达目标的距离像中提取低阶的Zernike矩、Hu矩和中心矩构成组合矩特征，该特征对距离像噪声不敏感，应用径向基函数(RBF)神经网络对三种地面目标进行分类识别。实验结果表明，该算法与应用Zernike矩和Hu矩特征进行分类识别相比，对三种激光成像雷达地面目标的平均识别率在高载噪比(20 dB)下分别提高了1.0%和3.7%；在低载噪比(10 dB)下分别提高了11.8%和42.5%；当载噪比高于17 dB时，该算法的平均识别率达到100%。因此该算法取得了比较好的识别效果。

合成孔径激光成像雷达发射的信号一般为线性啁啾激光信号, 然而激光器的实际扫频特性会产生二次及高次等非线性项。非线性项的存在会造成相位误差, 导致距离向成像聚焦模糊, 降低距离向成像分辨率, 因此必须对光源的非线性啁啾进行补偿。因此提出非匹配参考通道匹配滤波算法对非线性啁啾相位误差进行克服。仿真结果显示, 距离向图像可以得到较好压缩。同时, 还分析了参考通道长度及非线性贡献比例等不同参数环境下的距离向压缩效果。

本文提出了线阵扫描式激光成像雷达的组成方案,对激光发射、成像接收、分析处理等各个分系统的设计方法进行了详细探讨。以此为依据并且充分考虑了各种参数之间的相互关系,设计出一个原型系统。该系统采用32维APD线列器件,工作波长1.064μm,扫描机构为一维振镜。

提出了一种用于合成孔径激光成像雷达的双向环路结构的发射接收望远镜,双向环路包括发射4-f转像系统、接收4-f转像系统和独立的望远镜。发射通道中设置离焦和相位调制平板偏置,接收通道中设置离焦和相位平板偏置。控制发射离焦量,发射相位调制函数,接收离焦量,接收相位调制函数,用同一个望远镜可以同时实现空间二次项相位附加偏置的激光发射和消除目标点散射回波接收波面像差的离焦光学接收,并产生雷达运动方向上合适的和可控制的相位二次项历程,从而实现孔径合成成像。详细介绍了系统设计,给出了从发射到光电外差接收的全过程传输方程。