全波形高光谱激光雷达（HSL）通过主动发射宽谱段激光脉冲并探测目标后向散射回波信号的方式,能够观测目标空间结构和光谱信息,从而为全方位的获取目标的几何特征、距离信息、物质成分和颜色等属性提供了一种全天候的遥感探测手段。随着超连续谱激光光源和光电探测的技术的发展,研制一种同时获取地物光谱和几何结构信息的主动式高光谱激光雷达系统,在理论和技术上可行。其相比于传统单波长激光雷达探测技术只能获取距离及几何信息的方式,新型高光谱激光雷达探测技术在植被遥感、分类应用等领域展现出更大的定量应用潜力及适应性。针对新型对地观测高光谱激光雷达系统的特点和应用需求,需要相应的数据处理技术来进一步促进高光谱激光雷达在遥感领域应用。高光谱激光雷达发射并接收宽谱段激光束能够通过小的间隙穿透树冠,该过程完整记录了传输路径上激光脉冲响应的波形数据,可提供植被的距离与光谱分布。更精确和详细的生理和生化信息的空间分布可以从校准后的回波波形数据中揭示出来。高光谱激光雷达数据处理是获取地物目标特性信息的关键一步。本文针对目标特征信息定量提取技术的需求,开展对全波形高光谱激光雷达数据处理关键技术的分析和研究。本文的主要工作和成果如下:（1）基于高光谱激光雷达多波段波形参数信息相关性,提出了一种顾及高光谱特点的波段相关的波形分解方法,能够从高光谱激光雷达数据中提取精确和完整的光谱波形参数。实验结果表明,多波段波形分解方法在回波信号较弱、分量重叠的情况下,具有较好的波形拟合精度。与传统的单一波段波形分解方法不同,该方法通过波长相关的混合优化方式,提供了完整且准确的波形参数,避免了由于某些波长分量的缺失或错捡而引起的波段间的参数歧义。此外,我们还获得了具有不同邻域目标距离的双回波数据集,结果表明所提出的方法还可以最大限度的发挥高光谱激光雷达系统邻近目标探测能力。（2）通过分析不同特性目标的光谱波段间脉冲信号延迟的变化规律,提出了基于红边通道不变性的系统脉冲延迟效应校正方法。讨论研究目前多/高光谱激光雷达多个通道的脉冲回波时间不一致的普遍性现状,分析了引起脉冲延迟的可能性来源。实验获取在不同的距离下脉冲信号延迟对距离测量的影响。结果表明,植被红边光谱区的通道对不同距离和材料性质的距离测量具有良好的稳定性和精度。最后,基于特定红边信道的几何不变性,提出了一种实用的系统脉冲信号延迟效应标定方法。验证实验表明,该方法可以改善全波形高光谱激雷达的脉冲信号延迟效应,同时避免了波段间的点云重影和距离歧义。（3）分析研究了距离、入射角和子光斑效应对回波强度的影响,提出了一种基于激光比值指数的强度校正方法。利用HSL获得的光谱回波强度数据对提出的方法的性能进行了测试,并与参考目标模型法进行了对比。结果表明,红边激光与近红外激光波长的比值在消除射程、入射角和子光斑效应方面具有较高的精度和简便性,并能显著改善这些效应引起的后向散射强度差异,提高了高光谱激光雷达光谱强度数据的质量。（4）在以上数据处理研究的基础上,完成高光谱激光雷达地面演示实验,以验证高光谱激光雷达的空间和物性探测功能。通过测距和光谱实验结果显示,高光谱激光雷达具有较高精度的光谱和几何结构探测性能。基于高光谱激光雷达的植物二维叶片的生化组分反演,对有关植被进行高光谱激光探测,构建了叶绿素、氮素和植被指数关系模型,实现了在二维叶片水平上的反演能力。通过高光谱激光扫描成像实验,评估了植被生化组分垂直信息分布,进一步验证高光谱激光雷达系统对植被生化组分垂直分布的探测能力。