激光反射断层成像(Laser Reflection Tomography Imaging:LRT)是一种基于对目标的多角度多回波探测,通过图像重构算法获得目标的高精度图像的方法。LRT与其他远距离光电探测手段相比以其成像分辨率高、抗干扰能力强、设备体积小等优势,在对空间敏感目标的远距离探测特别是卫星对卫星的侦察中具有很好的应用前景。本论文主要对激光反射断层成像的基本原理(包括CT成像原理部分)、实验系统设计、断层成像回波信号建模仿真和重构算法改进等方面进行了研究。主要包括以下几个方面的内容:(1)在研究团队前期研究工作基础上,根据激光反射断层成像实验方案要求,对所选实验器材进行了选择和参数介绍。利用已经搭建的激光反射成像实验系统对制作的目标模型进行了成像研究,验证了该实验系统的成像能力。(2)对目前激光反射断层成像雷达回波信号建模方面研究存在空缺问题,进行了理论研究和软件实现。针对子光线与面元逐次求交时运算量大问题,提出了一种基于激光束边界面的快速求交算法,提高了运算效率。基于激光雷达信号的时空分布特性,推算出探测目标对信号的响应函数,建立二者的作用过程模型。在以上关键算法的基础上,构建了基于激光反射断层成像的目标图像重构仿真系统。(3)针对激光反射断层成像过程中存在目标的平动和抖动所产生的旋转中心偏移导致重建图像错位形成伪影的问题,提出基于相位恢复技术的改进误差下降算法。该方法通过光强反复迭代得到相位分布,获得目标图像重构丢失的相位信息,通过增加初始约束条件以及空间域和频域的限制有效改善算法的收敛性。运用改进的误差下降算法,有效改善了相位恢复方法容易陷入局部极小解的问题,获得了优化的重构图像。(4)为了提高激光反射断层成像目标图像重构的图像质量,在目前激光反射断层成像普遍采用反投影算法重构图像的基础上,将CT成像中常用的迭代重建算法引入到激光反射断层成像的目标重构过程中。分析了反投影算法中的直接反投影、R-L和S-L滤波反投影以及迭代重建算法在图像重构中的性能特性。进行了仿真和外场实验,结果表明代数迭代重建算法表现出更好的重建质量,且具有更强的抑噪性能。论文的创新之处体现在:1.在反射断层成像系统仿真过程中,针对传统光线与面元求交运算量大的问题,提出一种快速求交点算法,提高了运算效率;2.针对旋转中心偏移导致投影数据偏离问题,提出基于相位恢复的误差下降算法,有效消除图像重建伪影,使重建图像质量得到极大改善。3.在目前激光反射断层成像采用的滤波反投影算法的基础上,将代数迭代的重建思想引入到反射断层成像的图像重构过程中,表现出了更好的重建质量和抑噪性能。