浅海水下地形高精度测量是海洋资源开发保护、海洋航行运输安全和维护国家海洋主权等方面的重要保障。机载激光雷达测深能够在船载声呐测量、人工测量受限的浅海环境、潮差变化大、存在暗礁等危险区域发挥极大的优势,是重要的浅海高精度测深技术手段。然而,传统的测深激光雷达探测体制主要是线性激光雷达,它的能量损耗大、功耗高、重量重的问题带来了测量成本高的缺点。轻小型单光子激光雷达具有重频率高、能量要求低重量轻等优点,可快速获取水下三维地形,可挂载于无人机平台上,作业灵活度更高。它的单光子探测器探测灵敏度极高,能够探测到水下环境中的弱信号,在浅海水下地形测量中具有巨大的潜在优势。要发挥轻小型单光子激光雷达水深测量的优势,测深数据处理的研究也同样重要。本文着眼于水底地形数据折射改正方法研究,考虑无人机挂载的单光子激光雷达飞行平台空间动态变化和波动水面对水下激光测深精度影响问题,开展相关研究工作,主要包括以下四点内容:1.推导了卵形扫描结构下的激光天底角的计算模型。激光天底角是水底地形数据折射改正的重要参数。本研究解析了激光天底角在激光雷达系统集中的安置角误差、飞行平台空间动态变化两个影响因素下的激光入射光向量表达式,根据激光入射角光向量给出计算激光天底角公式。2.建立了浅海环境下的海面模型,开展了波动水面对激光测深偏移误差影响规律的研究。设计1-4级风力等级下的海面参数,采用PM-SWOP谱、小振幅波理论叠加的海面建模方法,仿真了浅海环境下的激光在波动海面下折射过程。研究不同风力等级、激光入射角度、激光入射方向（分为顺风方向和垂直风向两种对比条件）条件下的水下激光测深偏移误差的规律,测深偏移误差分为平面偏移误差和深度偏移误差。结果表明,风力等级、激光入射角度是影响激光测深偏移的重要影响因素。风力等级增大时,测深偏移误差增大,垂直风向与顺风方向对测深偏移影响差异不显著。激光入射角增大时,平面偏移误差增大且逐渐大于相同条件下的深度偏移误差,但深度偏移误差增大趋势不明显。进一步分析RMSE可以发现,当激光入射角光在15°以内,风力等级在3级以下,测量深度在10m以内时,波动水面比平静水面时的激光偏移误差约5cm。因此,当机载激光测深实验的观测环境控制在风力等级小于3级,激光入射角小于15°条件下,折射改正过程中可将波动水面当作平面。3.基于海况环境综合模拟实验室,开展了波动水面对单光子激光水深测量精度影响的验证实验。为了验证海面模型的可靠性,在上海海洋大学海况环境综合模拟实验室中进行了波动水面下激光定点实测的定量实验进行验证。比较激光在波动水面的水下斜距统计分布特征值,仿真结果与实测结果趋势一致,保证了基于海面建模的波动水面对激光测深偏移误差规律影响研究的有效性。4.基于改进激光天底角计算的折射改正方法的验证实验。选取了在海南省万宁市加井岛获取的无人机挂载单光子激光雷达测深数据,对测深数据进行了去噪、安置检校、折射改正、深度基准转换等处理步骤后,采用船载单波束测深数据进行精度验证,分别计算折射改正后的激光点云与单波束验证数据的RMSE和MAE。结果表明,折射改正后,两个指标分别提升了77.98%、78.43%,验证了论文提出的方法可以有效的提升激光雷达测深数据的精度。