具备单光子检测灵敏度与极快光电反应速度的Gm-APD（Geiger-Mode of Avalanche Photodiodes）阵列激光雷达,可应用于远距离、小目标的探测。针对非合作小目标的远距离探测,本文采用64×64像素的Gm-APD阵列作为探测器,设计基于该阵列激光雷达的小目标探测电路及相应的小目标探测算法。在保证成像帧频的基础之上,实时地对小目标进行捕获及跟踪,有效提升系统对目标的探测率。首先,阐述Gm-APD阵列激光雷达测距和强度像成像原理。结合目标的微小特征和噪声的泊松分布特性,采用一种小目标探测算法。压缩少量帧图像数据,通过稀疏性正则化的泊松去噪算法实现目标强度信息的增强重构,利用强度信息分布判断目标的位置,从而实现对其的捕获。之后考虑单帧距离像中与目标距离值的相关性信息,完成对目标的跟踪。其次,结合课题应用需求,对相关技术指标进行分析之后,选择基于DSP和FPGA协同配合的双处理器模式作为硬件整体设计方案,并完成主要芯片的选型。完成小目标探测电路的原理图和PCB设计、制板焊接以及调试。总结设计PCB需要注意的问题和走线方法,电路调试结果正常。最后,介绍FPGA和DSP各模块软件设计与实现,并在电路上完成了测试验证。对电路调试过程中遇到的问题予以分析,总结经验教训。分析比较了本文采用的小目标探测算法和光子累计计数法的目标还原度、图像信噪比、运算复杂度和运算时间。结果表明本文采用的算法有效提高了目标探测的准确率,且具有实时性。