随着探测体系的发展，基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注，有效降低了系统对激光功率的需求，广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求，基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统，对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析，配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点，并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法，将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比，单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm，探测器线阵规模可达到128元，激光重频为20 kHz，可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像，作用距离＞3 km。经过成像算法处理，该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像，成像目标清晰。

面阵激光成像雷达可以实现瞬态三维探测，适用于运动平台及非合作目标的位姿测量。针对相邻像元间具有串扰特性的面阵非均匀格网型稀疏点云，提出了一种适用于空间非合作目标位姿测量的多视角点云自动配准方法。该方法基于改进的相干点漂移(Coherent Point Drift, CPD)，将目标点云视为观测数据集，源点云视作为高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)的质心点集。利用贝叶斯后验概率公式及期望最大化(Expectation-Maximum, EM)方法，对构造的GMM模型似然函数进行求解，在寻优过程中通过点云重叠特性对运算点集的权值参数进行自适应调整。对单次EM迭代后源点云间距离残差进行排序，选取最优变换点云对使用最近邻方法建立局部扰动量，得到每次漂移迭代的空间变换矩阵。为了避免陷入局部解，通过监督点云均方误差更新率，对参与漂移运算的点集属性进行交替。针对空间配准目标，建立了两种近似运行下的阵列成像仿真工况。试验结果表明：在强背景及像元模糊干扰下，该配准框架具有鲁棒性优势，其结果平均最大公共点集测度相对于粗+精组合配准框架提升约61%，可应用于空间面阵平台下的非合作目标位姿测量。

介绍了一种多通道时间分辨单光子探测系统，并将其应用于高灵敏度激光光谱探测。系统基于工作在高增益状态下的32通道线阵光电倍增管，对其输出单光子脉冲信号进行放大、阈值比较后，转换为LVDS数字电平，再利用FPGA芯片内部的串并转换硬核资源，使用800 MHz时钟的双边沿对信号进行采样，串转并后，在相对低速的200 MHz时钟频率下对信号进行逻辑解析。在单片XC7K160T型FPGA芯片上实现了625 ps时间分辨率、死时间5 ns的32通道光子探测。利用该探测器，搭建了基于光栅分光的532 nm脉冲激光激发光谱探测系统，实现了620 nm~720 nm光谱范围和3 nm光谱分辨率的距离分辨激光光谱探测。

高分七号卫星搭载了我国首个具备全波形记录能力的对地观测激光测高仪，可以大范围地获取高精度三维坐标，其定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度。针对数据特点，提出了一种阈值约束的椭圆拟合光斑质心提取算法，并建立了长周期指向角稳定性监测与分析系统。首先，用阈值法确定激光光斑轮廓的边缘；其次，通过腐蚀操作消除孔隙、噪声的影响；然后，通过椭圆拟合进一步约束激光光斑的形状，保留光斑的特征参数；最后，通过灰度重心法提取质心坐标。实验结果表明：光斑的质心位置在1.4 pixel内变化，对应的指向角度每月在0.434″内变化，较为稳定。文中相关算法、结论对我国后续激光测高卫星研制、指向稳度监测具有一定的借鉴意义。

空间激光测高技术通过在天基平台搭载脉冲激光测距仪，实现行星表面形貌信息获取，是开展对地和深空探测的重要手段。系统梳理了空间激光测高技术的发展历史和现状，提出应向多波束观测、近海及岛礁水下地形探测、激光主动多光谱探测这三个方向发展，建议开展近红外波段单光子探测、超窄带光学滤波、多光子分辨探测、单光子数据星上预处理、高转换效率激光及非线性光频变换关键技术研究，促进我国空间激光测高技术的进一步发展。

针对具有多个高度层的复杂场景，全波形激光测高系统记录的回波信号中往往带有较高的噪声，采用合适的降噪方法将有助于提高计算激光测距的精确性、反演地物垂直结构和构建目标特征参数的准确性。根据高分七号激光测高在轨探测的低信噪比全波形数据的特性，采用经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）方法来构建典型的本征模函数（Intrinsic mode function, IMF），对于分解出多个不同尺度IMF的筛选，比较了使用去除高频分量，阈值选取、Wavelet选取和去趋势波动分析（Detrended fluctuation analysis, DFA）等方法与策略，通过降噪效果及定量评价，测试结果表明EMD-DFA1与EMD-1IMF对高分七号激光测高的全波形数据具有较好的降噪效果，其次为EMD-Wavelet和EMD-Threshold。另外通过EMD-DFA1对单个波峰、混叠波峰、多个波峰等不同情况的全波形数据测试，结果表明该方法具有较好的自适应性。