半导体激光扫描成像系统作为一种小型化、成熟可靠的成像激光雷达系统，已广泛应用于军事、航空、航天、测绘等领域。尤其在近年来，随着半导体激光器功率的提高和国际空间站的建成，半导体激光扫描成像雷达系统成为欧航局和美航局在空间交会对接和火星、月球安全着陆领域应用中首选的GNC设备之一。本文以脉冲半导体激光扫描成像系统为研究对象，对其以下几个单元技术进行了深入的分析和研究：脉冲半导体激光发射技术；信号处理技术，包括弱信号提取技术、高分辨率测时技术以及三维重构信号处理技术。现已完成了脉冲半导体激光扫描成像系统实验平台的搭建，获取了典型目标的外形轮廓，其特点是扫描起始点、扫描点数和间隔可以通过信息计算机人机交互界面灵活设置，但是由于数据实时传输速率较低导致扫描速度较慢，获取一幅100×40的图像大约需要2分钟。　　 首先通过对半导体激光驱动电路原理的分析，提出了一种脉冲半导体激光驱动电路参数的设计方法。根据半导体激光光束准直的原理，完成了大电流窄脉宽低发散角的半导体激光发射系统。　　 接着根据APD弱电流信号在前置放大电路上的成形原理、APD负载电阻对前置放大电路信号源内阻、信号大小和放大器噪声的影响以及APD最佳负载电阻的选取原则，完成了基本不失真地提取APD弱电流信号的电流灵敏前置放大电路，满足了APD光电流快速上升时间的探测要求和系统测距精度的要求。　　 同时为保证测距的精度，深入研究了高分辨率FPGA时间数字转换电路所采用的高速计数器结构、延迟线插入结构、编码器硬件结构，提出了一种高分辨率低非线性误差FPGA时间数字转换电路的实现方法，实现了单次测时分辨率约为80ps，经过校正后可达40ps的FPGA时间数字转换电路；研究了恒比定时鉴别技术，提出了一种无延迟器恒比定时鉴别电路参数的设计方法，在同一信噪比下，定时标准差比传统的提高了一倍。在室内1.9m～12m进行了测距实验，实验测得的测距标准差与理论分析相吻合，当系统信噪比大于50时，系统测距标准差7.37cm。　　 此外，对寻求应对不同目标三维图像数据的滤波算法进行了尝试性的研究，利用matlab仿真分析了中值滤波对不同目标图像的滤波效果，根据脉冲半导体激光扫描成像系统的重构原理，实现了三维数据的可视化建模。　　 最后，根据以上技术的分析和验证，搭建了脉冲半导体激光扫描成像系统实验平台。分析仿真了扫描器的扫描轨迹，确定获得无像面弯曲三维图像的扫描器方位角和俯仰角扫描范围分别为-10°～10°和-15°～+15°。完成了典型目标外形轮廓的三维重构，验证了中值滤波在应对不同目标数据处理的适应性。　　 通过以上对脉冲半导体激光扫描成像系统及其发射和信号处理技术的研究，本文针对半导体激光发射技术和信号处理技术工程应用难点做了大量理论和实践性的工作，为脉冲半导体激光扫描成像系统的研制积累了一定的理论和经验。