激光测距系统采用主动激光光源,通过多种工作方式,实现对目标距离信息的探测,凭借其系统简单,操作灵活,高精度等特点,被广泛运用于民用、科研及军事等各类场合；基于光子计数技术的激光测距系统,在脉冲式激光测距的原理上,引入时间相关单光子计数技术,降低了对激光脉冲能量及功耗的要求,提高了系统的有效测距范围,同时提高了系统的时间分辨精度及探测精度。光子计数技术是一项离散化统计采样技术,将探测器的输出信号看作离散的随机脉冲；时间相关单光子计数(TCSPC)技术是在光子计数基础上发展起来的,进一步提高了光子计数的能力,具有极高的时间分辨率。本论文参考了国内外相关文献,在光子计数激光测距系统原理及常见系统的基础上,通过系统的光学原理分析,关键硬件器件选取以及操控软件编写,搭建了实验室光子计数激光测距系统原理样机；通过一系列实验的测试,得出了系统的各项性能指标,对50m左右的目标可以实现毫米级别精度的有效距离探测。另一方面,通过分析光子计数激光测距系统探测原理,本论文设计了对系统物理探测过程的蒙特卡洛仿真算法,通过相同参数下的实验结果验证了仿真算法的正确性、有效性；仿真算法参数中包含影响系统探测精度的回波信号强度、激光脉冲宽度、探测器时间抖动等主要因素,并通过仿真分析了以上参数对系统探测精度的具体影响。最后,本论文提出了一种改进型双波长激光探测系统,可以有效提高系统的测距精度；通过双探测器双通道对出射的双波长信号进行探测,对两个通道采集到的信息进行一定的对比算法处理,输出最终探测结果,并通过仿真分析及实验结果,验证了该方法的有效性。