为了满足无人驾驶、车载避障等应用需求，激光成像雷达通常需要识别几米到几百米大动态范围内的目标信号。限于体积成本，当激光雷达不具备自动增益控制功能时，如何实现从饱和到非饱和回波信号的高精度测量是激光雷达测距技术急需解决的问题。传统的激光成像雷达多采用时间数字转换器的边沿测距方法，该方法对于近距离饱和波形测距效果较好，但对于远距离小信号成像能力有限，因此提出了基于高速模数转换的全波形匹配测距方法。该方法通过对回波脉冲与高分辨率模板波形的滑动匹配，求取高精度的回波脉冲峰值位置。并在FPGA上实现了优化的快速收敛方法，提高了算法执行速度，在保证了测距精度的同时提高了激光成像雷达的有效成像范围。通过大量的成像实验验证，激光成像雷达测距精度可达2.7 cm，有效成像范围可达200 m以上。

为了提高民航安全和飞行效率, 实现对尾涡的准确识别, 对飞机尾涡的空气动力学理论, 特别是经典的Hallock-Burnham尾涡速度数学模型进行了分析研究。结合多普勒激光雷达探测涡流风场径向速度的原理, 建立了雷达飞机尾涡探测的径向速度标准模型,引入滑动窗口思想, 提出一种基于波形相似度匹配的方法, 对尾涡进行自动识别, 并给出了详细的算法流程;利用实测的激光雷达风场及雷达底层数据和假设检验方法对该识别方法进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该算法对飞机尾涡的有效识别率为90%。研究结果对进一步的尾涡监测具有一定参考价值。

激光测高仪分米量级的绝对高程精度可以满足地面高程控制点的需求, 但其十几米甚至几十米的平面偏移使得其激光脚点仅能在平坦地表区域作为高程控制点使用。通过推导激光回波模型建立回波模型仿真器, 综合考虑激光能量时空分布、地表轮廓、地表反射率等器件和目标参数的影响, 对没有考虑地表反射率影响的现有波形匹配方法进行改进; 进而, 使用机载LiDAR点云数据和GLAS波形、能量数据, 以仿真波形和真实波形相关系数最大原则进行波形匹配, 寻找GLAS激光脚点中心坐标的精确位置。结果表明: 在GLAS系统接收能量正常的工作周期内, 波形匹配的平均相关系数大于0.9, 通过波形匹配提高GLAS激光脚点的平面精度, 能够实现约2 m的平面定位精度。研究方法能解决复杂地表条件下的激光高程控制点获取问题。