激光反射断层成像是一种获取远距离高分辨率图像的激光成像手段。其优势表现在:相对于普通的光学成像,激光反射断层成像探测距离远且不依赖于光源的相干性;相对于传统微波雷达成像,激光反射断层成像具有分辨率高的优势,纳秒量级的激光脉宽的成像分辨率可达厘米量级;相对于激光合成孔径成像等相干成像系统,激光反射断层成像的直接探测系统简单易于实用。因此综合以上优势,激光反射断层成像是一种兼顾成像距离、分辨率和应用难度的新型成像方式。激光反射断层成像特别适合于星载环境进行空间目标的探测,太空中存在诸多小暗目标如卫星、空间碎片等,利用激光反射断层成像可以精确且较少受限地对其进行探测,由于激光反射断层投影回波包含了丰富的目标结构、反射率等信息,因此可以通过回波提取出各类特征,如反射率异常,质心位置,旋转中心位置等,对于空间目标的分类、识别、定轨、跟踪都有重要意义。本论文研究了计算机断层成像的基本原理,分析了其与激光反射断层成像的联系与异同,研究了主要的重建和数据处理算法。建立了激光反射断层成像目标探测回波模型,并据此提出多帧迭代解卷积算法以解决重建模糊问题。建立了空间碎片的质心模型,提出了基于激光反射断层成像的碎片目标质心解算方法和流程。编写程序对所提出模型和算法进行了仿真模拟。搭建了激光反射断层成像目标探测实验平台。制作了各类模型作为成像目标,利用目标探测实验平台进行了目标回波解卷积实验、目标反射率分布实验和碎片目标质心解算实验。实验获得了各类目标重建廓像,证明了实验平台的实用性,验证了所提多帧迭代解卷积算法和其它算法的有效性,在50m距离上实现质心的厘米量级误差定位。论文的创新点主要有以下几点:1.分析了目标反射率和结构对激光脉冲的调制机理,结合激光反射层析成像原理,建立了激光反射断层成像目标探测回波的发射脉冲和目标反射率分布函数卷积的模型,为后期重建算法奠定基础。2.利用激光反射断层成像的卷积核相似性,提出多帧迭代解卷积算法,实验证明该算法能有效压缩脉冲,提高重建图像的分辨率。3.提出基于激光反射断层成像的碎片目标质心解算方法,实验证明该算法能精确定位碎片的质心,且有限角度的投影回波即能获得较高的定位准确度。