凝视激光成像雷达,又被称作面阵激光成像雷达,是近年来空间探测研究领域的新热点。其突破了单点探测、扫描成像的限制,具有直接、快捷、准确的特点,可以在地质地貌捕获、城市规划、军事目标识别及跟踪等领域得到广泛应用,为建立城镇、地区、国家、地球的三维信息模型提供巨大的帮助。本文首先介绍了激光雷达的发展历程和系统演进,详细阐述了凝视激光雷达的测距优势。然后针对双通道测距系统,由增益距离调制原理的线性—恒定模型引申出线性—线性模型并比较分析了两者在散粒噪声影响下的测距误差。为了验证机载环境变化对雷达系统测距稳定性的影响,采用软件模拟的方法对随机振动点扩散函数导致距离对比度下降进行了实验。提出相对误差系数与接收器件曝光时间的相关联系并进行仿真验证。对于双通道多关键点匹配的特征,提出使用最小二乘方投影变换的方法提高匹配精度,并通过实验进行验证。然后分析了机载面阵激光雷达距离图像拼接可向强度图像拼接转换的条件,对于航向长程强度图像的拼接,通过分析和比较不同的图像拼接策略,提出使用两次区域性拼接方法来抑制叠加图像的累积拼接误差。主动成像式凝视激光雷达输出的强度图像具有空间不均匀性的特征,严重的影响测距结果的准确性。导致该现象的重要原因是光电转换过程中各像点转换的不一致性,这种不一致性可看作是系统固有的一种特性,可以通过线性拟合校正法对每个像素在不同灰阶下的响应进行灰度标定。对距离测量的系统误差采用距离标定的方法进行校正,并通过地面目标实验和机载实验分别从静态和动态两个方面考察系统的测距性能。地面实验采用多帧静态叠加配合灰度矫正的方法提高测距性能,机载实验使用动态图像序列拼接的方法等效提高叠加帧数。其中地面实验在600m和1km处的距离分辨率均达到0.80m,机载实验在航高1km下的距离分辨率1.50m。论文最后对目前工作进行了总结并对今后的研究提出建议。