近年来，机载激光扫描测量技术已成为最先进的测绘技术之一，被广泛应用在诸如地形测绘、自然灾害评估、城市三维数字模型构建等多个方面。由于该技术获取的数据本身就是三维信息这一先天的优势，以及在数据精度、数据密度和快速性上表现出的明显优势，使得该技术在诞生之后就得到了业界的广泛关注和认同。相较于国外，国内激光扫描测量系统的研究起步较晚，和美国、德国、加拿大等国家还存在着比较大的差距。再加上该系统的误差来源较广，对获取数据的精度要求较高等因素，使得国内的研究进展相对落后。为此，本文展开基于小型无人机的机载激光扫描测量系统的研究和开发工作。本文设计并研发了具有领先水平的、低成本、高精度和高自主性的机载激光扫描测量系统。文中首先从机载激光扫描的基本原理入手，详细讨论了激光点云的生成原理，并着重分析了定位系统和惯性系统等主要误差源。从设备选型、硬件电路设计和软件系统设计等方面，阐述了数据采集、点云处理等的软硬件实现方法。再从卡尔曼滤波的基本原理入手，详细阐述了十七阶拓展卡尔曼滤波算法的实现和滤波参数调整。最后通过外场实地飞行扫描实验，验证了系统设计的正确性和合理性。本文的创新点主要有：1.采用新型Cortex-M4架构的STM32F407芯片作为机载系统的主控芯片，结合轻量级TCP/IP协议和USB协议，设计并实现了高同步率、高可靠性和高集成度的多传感器数据采集系统。2.在建立无人机导航模型的基础上，为了进一步提高卡尔曼滤波输出的精度，引入了陀螺仪漂移误差模型和加速度计误差模型，研究并实现了十七阶拓展卡尔曼滤波算法，并通过转台实验验证了算法的正确性。3.结合实际的飞行扫描实验，提出了若干提高滤波精度的改进措施，总结出了针对本系统的应用指导手册，并通过多次实地扫描实验验证了机载激光系统设计的正确性和实用价值。