本文介绍了一种基于面阵探测器的凝视成像激光雷达系统。整个系统分为三部分, 第一部分是脉冲激光发射系统, 采用中心波长为 808 nm的半导体堆叠激光器作为光源; 第二部分是接收系统, 由成像物镜, 像增强器和面阵探测器组成。第三部分是计算机图像数据采集处理系统。系统使用分时的两次测量法, 先后用恒定增益和线性增益两种方式对接收到的光强进行调制, 由这两次测量得到的光强信息解调出距离信息。文章分析了系统的噪声特性, 对给定的系统参数用仿真软件估计了距离误差。实验表明, 系统的实际距离分辨力和仿真分析得到的距离分辨力相符。

相比传统的点扫描激光雷达，基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达，具有测距速度快的优点，但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理，建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型，基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点，提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明，图像完全匹配后，飞机姿态对测距精度没有影响，光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略，一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验，并将此方法应用于图像的校正，实验结果验证了该方法的有效性。

增强型电荷耦合器件(ICCD)是凝视成像三维激光雷达的关键器件之一。测量了在不同输入光强和不同像增强器增益电压条件下的光强以及噪声。根据光电探测过程，用泊松随机过程理论和最小二乘拟合法对测得的光强噪声数据进行了分析，发现噪声主要由来自于像增强器的等效光电子散粒噪声和电荷耦合器件（CCD）的光电子散粒噪声组成。尽管像增强器对光信号进行了放大，在大部分情况下，CCD的光电子散粒噪声也不可忽略。建立了双随机变量泊松过程的三维成像噪声模型，利用该模型给出了测距误差最小意义下的最优增益距离调制函数。