作为空间机动平台的主要探测模式,采用激光成像雷达体制的空间目标形态测量技术有十分重要的应用。由于空间应用的特殊性,空间目标形态测量需要大量的计算机仿真,本文即在此应用背景下展开研究。根据系统的应用背景与需求,通过理论分析,本文构建了空间目标形态测量系统的物理模型。在模型中,选用的主要工作体制是调频连续波(FM-CW)方式的半导体激光非扫描成像雷达。通过对FM-CW方案的分析,以信号处理流程为脉络,提出了模块化的系统总体设计方案。对方案涉及的关键器件与核心技术作的详细理论分析,完善并细化了系统模型。从分析结果中,确定了系统的各项关键技术指标,对系统模型进一步的量化。基于系统模型,本文在虚拟仪器LabVIEW开发环境中,进行了仿真系统的算法研究与程序的设计、开发。采用由顶向下的模块化设计,把仿真系统主要功能模块设计为相互关联的“目标输入模块”、“激光雷达模块”与“报表输出模块”。作为系统核心的“激光雷达模块”,需要仿真从激光产生到成像结果显示的全过程。对其中关键的探测器子模块,本文对底层的单像素信号处理、顶层的面阵探测进行了详细的流程设计与算法研究,首次在仿真环境中再现了FM-CW体制的激光成像雷达系统。而作为仿真系统的输入输出端,目标模块与报表模块都着重考虑了仿真系统与外界的数据交互,实现从3DMax目标输入到成像结果的JPEG图像输出与EXCEL数据表输出。在完成了模块间的集成与系统前面板设计后,本文成功构建了用于空间目标形态测量的仿真系统。接下来,以激光雷达图像和系统模型中的技术指标为评估标准,在空间目标形态测量的应用背景下,我们对仿真系统进行了测试。在理想信噪比状态下,远距离(10km~1km)的目标指示测试能较好的还原出目标的运动轨迹,从不同距离(8km、5km、3km)目标的测距结果分析,距离精度小于1.00m;中距离(1km以内)的成像测试中,仿真系统获得了正在变姿变轨的运动卫星的激光雷达4维图像,可从成像结果准确的判断出目标的形态,成像距离精度小于0.20m。近距离(500m以内)的高精度成像测试中,仿真系统能够精确的还原悬停目标的形态信息,距离精度达到厘米量级。除了距离精度,系统的距离分辨力也影响着系统性能。通过分析,啁啾波形的非线性畸变会导致距离分辨力下降。本文应用联合时频分析(JTFA),通过构建数学模型,设计出一种啁啾畸变算法,开发出可产生非线性畸变的啁啾发生模块。利用添加此模块的仿真系统,实验了校正前非线性度2%的啁啾波与闭环校正后非线性度0.05%的啁啾波对于成像结果的影响,证明了非线性啁啾对系统的影响,并提出了解决方案。综上,本文构建的理论模型与仿真系统满足了总体设计的各项性能指标,基于该系统进行的仿真实验取得到了指导性的结论,对空间目标形态测量系统的可行性与实用化有着重要意义,对进一步完善系统设计提供了重点研究方向。同时,本文研究成果作为系统的仿真平台,也将为后续的仿真研究提供了系统层面的支持,有着很强的实用价值与创新意义。