脉冲激光雷达具有测距远、效率高、相对精度高等优点,被广泛应用于地形测绘、智能机器人、无人自动驾驶等领域。传统的激光雷达探测系统多采用分立的元器件进行设计,存在体积大、成本高、可靠性差等问题。为提高集成度和测距精度,本文开展集成化和高精度的激光雷达探测系统的关键技术研究。基于系统级封装技术,设计了一种集成化的16元激光雷达模拟前端微组件。该组件集成了16元线列雪崩光电二极管探测器、多通道激光雷达模拟前端读出电路芯片、温度传感器、窄带滤光片、基板和半导体制冷器等,实现了探测、读出和温控一体化的功能。针对基板互连线的寄生效应和各电路空间位置对温度分布的影响,采用Advanced Design System软件和ANSYS Icepak软件,开展了信号完整性和温度场分布仿真,完成了多芯片封装基板的优化设计。针对光电探测器的主要参数与工作温度密切相关的问题,设计了基于半导体制冷器的高精度的温度控制电路模块。实测结果表明,集成化微组件的噪声水平相比非集成化组件至少降低了32%,微组件的整体带宽达到190 MHz,通道间的脉冲信号串扰比小于0.5%。针对激光雷达回波脉冲形心算法存在测距精度低的问题,提出了一种改进型的梯形近似形心算法,实现了对回波脉冲定位的修正,提高了回波信号处理能力,具有高精度且易于硬件实现的特点。首先设计了定位修正算法,完成了脉冲定位的修正。其次对脉冲形心算法的基本原理进行分析,并对数字域脉冲形心的计算公式开展研究,结合定位修正算法,设计了改进型的梯形近似形心算法。仿真结果表明,测距误差的标准差最大为2.4 cm,相较于主流的回波脉冲形心算法,下降了19.3%。最后基于FPGA完成了算法的硬件实现,实测结果表明,测距误差的标准差最大为2.8 cm。