激光雷达种类丰富,其对应的成像体制各不相同,因而建模和仿真方法也存在一定差异。本文基于直接探测激光雷达的工作原理,对非相干成像激光雷达的回波信号进行了仿真研究。(1)首先,本文基于对激光雷达距离方程的讨论,分析了激光雷达成像的整个过程,建立了“发射-大气-目标-大气-接收”的仿真计算链路。该仿真计算链路明确了回波信号与激光发射器参数、接收器参数、大气传输参数和目标表面特性等之间的关系,不仅是激光雷达仿真计算的基础,也为仿真数据的处理提供了思路。(2)其次,利用GPU的流计算模型得到了一个相对高效的激光雷达仿真软件框架。该框架充分揭示了成像激光雷达仿真计算数据的并行性特点,极大地加快了仿真计算速度。(3)然后,利用仿真回波信号对目标的表面特性进行了分析研究。仿真软件直接输出的是目标的返回信号的时间序列数据,通过对时间序列数据进行拟合可以得到目标的返回信号波形。通过对目标返回信号的挖掘与处理,分别得到了目标的距离分布图像、反射光强分布图像、三维点云和激光雷达散射截面。(4)最后,通过对高斯光束的光强分布的讨论,分析了高斯光束对目标的反射光强分布图像的影响,并利用“反高斯化”方法得到了对应的均匀光强入射下的反射光强分布图像。