随着微纳工艺和芯片集成等技术的发展,无人机等低空慢速小尺寸（“低慢小”）目标呈现爆发式增长,多种层面的黑飞和恶意监控等乱飞行为给低空探测带来了巨大安全隐患,而传统探测方式往往差强人意,迫切需要一种新型技术弥补低空防御的漏洞。激光雷达以波束窄、方向性强、小型化和响应速度快等优点,受到业界关注,它将是弥补传统雷达在低空领域漏洞的主要技术方案,也是近年来应用发展较为迅速的诸多技术路线之一。本论文围绕“低慢小”目标探测识别过程所需激光雷达中的关键科学技术难题展开研究,分析了激光扫描体制、扫描控制方法、远距离发散角压缩、背景噪声抑制、高精度时间间隔测量方法和针对激光雷达的小角度识别辅助方法等问题,主要研究内容如下:（1）研究高准直度激光高速扫描发射技术。利用谐振行扫和矢量帧扫振镜组合完成二维扫描光学系统的方案设计,测试振镜电压与扫描角度的关系,进行扫描轨迹方法与测试。通过分析测距方法,根据太阳辐射和大气吸收光谱分析,决定采用低损耗波段的激光器,以激光脉冲重频数与最远探测模糊距离关系曲线为约束条件,结合目标覆盖关系确定激光重频、单帧分辨率和扫描角度等主要参数,设计加工光学发射天线和激光器外触发核心FPGA使能电路。对扫描轨迹失真进行分析,阐述枕形失真的产生原因,通过改变控制输入电压模型校正失真来提高目标覆盖率,仿真和实验验证结果,设计电动转台完成激光雷达全视场扫描。（2）研究高隔离度瞬时视场激光探测技术。通过分析室外复杂环境和强辐射背景噪声,利用太阳辐射到系统的噪声功率与系统瞬时视场角之间的关系,对收发同置与分置条件下模拟噪声曲线进行仿真对比,确定低噪声接收方式。根据选用的APD设计相对应的非球面光学接收天线,研究收发同置下偏振隔离和反射镜中心开孔器件的隔离度问题,实验仿真对比后采用中心开孔收发隔离器件以提高系统隔离度和探测灵敏度,并设计加工能实现最优接收效果的2mm中心开孔隔离器件。（3）研究高精度高数据率激光测距技术。结合“低慢小”目标探测激光雷达系统对目标飞行时间间隔测量中的定时和测时问题,通过研究形心和恒比定时方案,对比定时精度和硬件成本,选取GW6042型高精度恒比定时模块作为鉴别时刻单元。利用TDC-GP22高速测时芯片完成测时模块设计,通过两种测时模式相结合达到公里级测时要求,并使用FPGA模块作为高速核心控制模块设计高精度测时和模式切换电路,利用GP22自校准,以实现高速数据量传输的同时,达到百皮秒量级的高测时精度。（4）搭建红外相机激光雷达主被动实验装置,进行室内外实验。阐述激光雷达原理,以朗伯体作为“低慢小”目标分析模型,对激光器重频为128 k Hz,脉宽为1 ns且平均功率达到1.1 W时的模型信息进行半实物仿真,通过理论探测距离与目标反射率的关系曲线对比分析,并对无人机常见材料实际反射率进行评估测试,理论验证激光雷达探测千米级“低慢小”目标的可能性,完成激光雷达方案整体设计。针对红外相机和配套镜头,设计检测目标与电动转台联动方案,确定受外界光线变化较小的帧间差分法作为目标检测方案。为减小在视频序列中对目标检测识别的迟滞时间,引入卷积神经网络深度学习方法来加速目标识别过程,并利用目前应用效果较好的Res Net50残差神经网络提高其平均精确率,最终使用复合装置进行室内外复杂环境成像实验测试。