机载激光雷达三维测量技术的发展为获取高分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段,它能够快速获取高精度、高空间分辨率的数字高程模型,得到地面目标的垂直结构形态,在三维地理空间信息的数据采集方面具有广阔的发展前景和应用需求。本文首先介绍机载激光雷达以及其他机载三维空间测量技术的发展现状,其中基于增益调制测距原理的面阵成像激光雷达具有很好的发展前景,这种雷达将返回的激光回波通过像增强器进行增益调制,并最终成像在CCD上得到强度图,再通过强度图计算出目标三维距离信息。讨论了将该种雷达应用于机载探测时的系统总体结构和在散粒噪声受限时的测距性能。为了提高这种面阵激光雷达在远距离机载探测时的测距精度,提出了增加积分时间利用多脉冲曝光和多帧距离图像匹配叠加的方案:第一种方法为延长积分时间,接收更多回波光脉冲,并在该积分时间内进行运动补偿防止图像模糊;第二种方法针对面阵激光雷达对地探测得到的图像序列之间具有较大重叠部分的特点,将多脉冲曝光后得到的雷达距离图像配准叠加增加信号强度以提高测距精度。由于机载平台随机运动的存在和运动补偿系统的非理想补偿,面阵激光雷达延长积分时间不可避免的引起像点之间互相串扰混叠,分析了这种串扰效应对雷达强度图和距离图的影响。编写程序仿真机载面阵激光雷达对地探测的过程。程序综合考虑了各个因素对仿真结果的影响,包括建立虚拟的地面三维场景、飞行平台的各种非理想运动、曝光时间内的运动补偿、光源强度的非均匀分布、探测器的噪声模型和信号量化等,并将各个因素编成模块化的程序,通过界面化的方式,实现仿真参数的输入和结果显示,并利用仿真程序结果分析了多脉冲曝光和串扰效应对雷达像质的影响。论文最后对整个系统进行了分析,并对整个项目进行了总结和展望。