对盖革模式APD激光雷达系统的距离像重构算法进行了研究, 设计了一种基于像素邻域核密度估计的重构算法。从系统原理出发, 结合探测概率模型研究了距离像重构算法的理论基础。根据系统特点提出了一种基于像素邻域核密度估计的改进算法, 并对其原理进行了分析。通过仿真数据对直方图算法和邻域核密度估计算法进行了验证, 以距离重构准确率曲线进行了定量评价对比, 并进一步将算法应用到真实盖革模式APD激光雷达数据中进行了距离像重构实验。实验结果表明, 在低帧数时, 基于像素邻域统计核密度估计的重构算法可有效提高距离像重构的效果。

搭建了极紫外光源实验装置，获得了中心波长为13.5 nm的Xe等离子体极紫外的辐射光谱。测量了极紫外辐射的时间特性，用多次箍缩理论解释了光脉冲的多峰结构。获得了主脉冲电流幅值、Xe气流量、陶瓷管内径、等离子体长度、辅助气体等实验参数对极紫外辐射强度的影响规律。搭建了重复频率为1 kHz的13.5 nm极紫外光源样机，介绍了样机的电源系统、放电系统、去碎屑系统和光收集系统的基本情况，并给出了光源样机的调试结果。

等离子体状态是决定极紫外光源功率和转换效率的最重要因素之一, 理论和实验研究上Xe气流量对放电等离子体极紫外光源辐射谱和等离子体状态的影响, 对于优化光源工作条件具有重要的意义。 理论上, 采用碰撞-辐射模型, 模拟了非局部热力学平衡条件下, 不同电离度的离子丰度分布随电子温度和离子密度的变化。 推导了Xe8+~Xe11+离子4d-5p跃迁谱线强度随电子温度的变化趋势。 实验上, 采用毛细管放电机制, 利用罗兰圆谱仪测量和分析了不同等离子体密度条件下, 放电等离子体极紫外光谱的变化, 分析了Xe气流量对等离子体状态的影响。 理论和实验结果表明: 相同的电流条件下, 等离子体箍缩时的平均电子温度随着Xe气流量的增加而降低。 对于4d-5p跃迁, 低电离度离子与高电离度离子谱线强度的比值随着温度的增加而减少。 电流28 kA、 Xe气流量0.4 sccm(cm3·min-1)时, 等离子体Z 箍缩平均电子温度位于29 eV附近。 Xe气流量增加时, 受离子密度和最佳电子温度的影响, 实现Xe10+离子4d-5p跃迁13.5 nm(2%带宽)辐射谱线强度最优化的Xe气流量位于0.3~0.4 sccm之间。

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。

532 nm激光成像雷达在成像过程中容易受到日光干扰而降低图像信噪比。利用532 nm条纹管激光雷达对复杂场景(建筑物群)进行昼夜成像实验，并采用直方图统计法分析同一场景分别在白昼和夜晚的激光强度像和距离像的像素值分布，进而分析日光对激光成像性能影响。实验结果表明：日照光会提高激光强度像的亮度以及背景/目标的对比度，同时也增加了距离像的空天背景噪声；夜晚激光距离像信噪比高，但目标强度像对比度不佳。

在激光雷达目标识别中，目标姿态的精确估计可以有效地简化识别过程。现有的PDVA算法主要是针对地面结构化目标而提出的一种3D目标姿态估计方法。该方法利用模型坐标系(MCS)各个坐标轴的正方向向量来确定目标的三维姿态角，其有效性通过实验得到了验证。但该方法在确定MCS各坐标轴的正方向向量时，所消耗的时间比较多，影响了算法的执行效率。文中提出了一种改进的PDVA算法，利用聚类中心邻域判别CCND法来加速MCS各坐标轴的正方向向量的确定过程。采用四种地面军用车模型目标进行了仿真实验，实验结果显示，改进的PDVA算法的平均运行时间约占PDVA算法的66%，极大地提高了目标3D姿态估计的执行效率。

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。

激光主动成像雷达与被动红外成像器相比，显著优势是能提供三维几何距离像，可获知视场内多目标的空间位置信息，这极大降低了多建筑物复杂场景目标提取算法的复杂度。利用自研的条纹管激光成像雷达，获取多组复杂场景激光图像。利用三种不同的阈值分割算法对激光距离像进行目标提取，并计算了每种算法的误分率。对于单一目标，误分率可达1.1%；对于整个场景的目标，平均误分率可达7.9%。实验结果表明，阈值分割算法能有效解决复杂场景激光距离像的目标提取问题，其中改进直方图法的误分率最小,可以为激光成像雷达的图像处理方面的工作起到一定的借鉴作用。

缩比模型测量可以帮助缩短物体雷达散射截面(RCS)测量的时间，并减少其成本，而由于太赫兹波所处的波长范围的独特性，所以其在雷达散射截面缩比测量中有较多的应用。在对粗糙表面的散射截面计算中，可以将模型简化为带有突起的平板。单站散射（后向散射）是雷达系统中比较常用的一种测量方式，也有很多针对平面波入射情况下的计算，但是由于太赫兹源所产生的高斯光束的能量分布与平面波不同，得到的雷达散射截面的结果也与平面波不同，常常会导致测量结果和计算结果中有一定的误差。利用镜像法仿真计算了入射光为高斯光束时平板上的突起在2.52 THz频段处的雷达散射截面，详细比较了单站散射分别在二维和三维情况下，由于入射光为高斯光束对散射结果造成的影响。

太赫兹目标散射特性的测量是太赫兹成像等研究领域的一个重要环节。在测量中，为了获得高准直度的宽光束和减少能量损耗，需引入离轴抛物面镜。但离轴抛物面镜的引入会带来装调困难。利用光学设计软件Zemax，分别分析了光学系统中的准直系统和收集系统，通过对三个离轴抛物面镜的倾斜角和偏心距的分析，得出了在118.83 μm的太赫兹发射源中，系统可允许的离轴抛面镜最大装调误差。