三维激光雷达系统的成像,是由激光雷达发射出一个脉冲信号或者一系列扫描光束,从探测目标返回的回波信号的二维平面信息和激光雷达测距得到的距离信息来合成图像的技术。激光雷达的发射脉冲具有方向性、相干性、单色性和亮度等方面的优越性,使其发出的信号,抗干扰能力比普通的微波雷达要强,更加有助于目标的探测和识别,如探测潜艇、隐形飞机、地质探测、导弹跟踪等领域。由于三维激光雷达使用环境的复杂和多变性,对激光雷达接收系统探测回波信号,特别是微弱回波信号的能力就要更高的要求。如果要提高激光雷达的探测能力和成像精度,那么除了提高激光雷达的发射系统和接收系统的硬件水平以外,还要找到一种更加有效的回波信号处理方法和激光三维成像构造方法。本论文以闪光激光雷达系统为基础,先从激光雷达系统的系统构造和成像原理开始分析,依据分析所得的三维激光雷达系统的主要模块,用Matlab工具建立了数值模型;在各个数值模型中考虑了可能会影响激光成像的因素,接着引进小波分析理论,并对回波信号进行了小波去噪的理论仿真,最后依据GoogleEarth工具提供的实物点云数据,用激光雷达距离方程计算模型强度像和距离像,经过小波去噪处理后,对目标进行三维重建。本论文首次利用小波分析的方法对激光雷达的二维和三维像进行了去噪研究,主要内容如下所示:1.详细介绍了三维激光雷达系统的主要结构和工作原理;2.由激光雷达的工作原理,确定系统模型,可分为5个模块:发射模块,需要考虑光脉冲能量的空间分布、时间分布以及脉冲宽度等因素;大气模块,其影响可归结为大气衰减因素;探测目标模块,归一化的用双向反射密度函数BRDF来描述物体的反射性能;接收模块,主要考虑APD探测器的探测性能以及信噪比和增益的关系;信号处理与成像模块,依据Matlab语言建立,分为小波理论分析仿真和成像结果显示两个部分,用来演示仿真结果;3.通过分析所得的各个模块的主要性能和对激光雷达系统产生影响的因素,确定回波信号模型;依据探测器阵列大小对回波信号强度信息进行抽样处理,研究了探测器探测概率分布和阵列大小之间的关系;4.首先介绍激光雷达回波信号中噪声的特性,分析小波去噪的基本理论,经过仿真分析,选定了一种适合激光雷达的软阈值去噪方法,建立了理论模型;在激光雷达微弱回波信号的前提下,通过Matlab仿真对比,选择了有利于提高信噪比的小波基和其对应的最佳分解层次;5.依据三维激光雷达的点云数据,构造出目标原始三维模型,推导出激光雷达方程的模块化表示方法,提取出点云数据中的强度信息数据,依据推导出的激光雷达系统模块,加入衰减和噪声因素;最后利用点云数据的空间网格划分法,依据点云数据的强度像和距离像成三维实物模型;对比仿真了几种小波去噪方法的优劣,选定了sym6小波去噪作为最后结果。