宽带混沌信号因其随机性和良好的相关特性,是通信或雷达应用中一种理想的信号。利用半导体激光器激光器非线性动力学特性产生的混沌激光具有类噪声、宽频谱和6型相关性等特性,是一类特殊的随机信号。混沌激光相关测距原理是将混沌激光分为参考光和探测光,参考光与从目标反射回来的探测光进行相关运算,从相关曲线的峰值实现目标测距。由于混沌激光信号的波形不可预测性和超宽带特性,混沌激光测距雷达具有极高距离分辨率和良好的抗干扰能力,克服传统激光测距技术抗干扰能力不强的缺点。目前混沌激光雷达还处于发展中,其理论模型还没有建立完善,其性能尚未满足各方面的应用需要,许多局限性尚未克服。本论文围绕混沌激光雷达作用距离方程的建立、确立自由空间混沌半导体激光器产生最佳混沌状态的参数控制范围、混沌激光测距雷达样机系统的研制、抗干扰性能分析以及测量结果信噪比改善等方面进行了深入的研究。本文的主要研究内容和创新点如下：1、从典型混沌激光雷达结构出发,借鉴传统激光激光雷达作用距离方程,推导了混沌激光雷达作用距离方程,阐明了影响混沌激光雷达测量范围的主要因素,提出相应的解决办法。2、从光反馈半导体激光的理论模型出发,数值分析了影响混沌激光源相关特性的因素,确定了产生最优状态混沌探测信号的参数控制范围,为后续混沌激光源的设计奠定了理论基础。3、研制了混沌激光测距雷达样机。实现了混沌激光探测源和发射光学系统的集成设计和接收光学系统的低成本设计,并进行了大量的系统性能测试实验,包括混沌源相关特性测试、系统测距性能测试、抗干扰性能实验测试。结果表明,所研制样机可实现150m范围内镜面合作目标的探测,受限于数据采集系统的带宽,距离分辨率为18cm,可实现多个目标的实时测量,具有很高的抗十扰能力。4、利用小波降噪和相关积累离散消除算法压缩了相关测距结果的背景噪声,改善了测量结果的信噪比,基于算法实现了测量范围的增大。