为了评价高重复频率系统在每个选通切片中的成像质量,为脉冲分配策略的研究提供依据,在Jaffe-McGlamery模型的基础上,建立描述高重复频率系统信号传输过程的理论模型,分析图像退化因素,提出一种高重复频率系统成像质量评价模型。采用重复频率为4 kHz的脉冲激光器,对黑白条纹靶板目标进行成像。实验结果表明,从目标开始成像到出现饱和前的线性区间内,该理论模型的结果与实验结果相吻合,误差不超过10%。

线阵激光成像雷达兼具激光测距和线阵成像的优点, 是空间失稳目标远距离精密测量的重要工具, 其获取的线阵图像既能用于运动估计也能用于空间目标三维测量。为模拟不同平面分辨率线阵激光成像雷达对空间失稳目标的数据采集, 本文根据线阵激光成像雷达的成像机制及空间失稳目标的运动规律提出了一般性的空间失稳目标线阵激光成像建模方法, 为不同地面验证方案提供了数据支持。同时, 为优化雷达参数选取, 本文通过计算单位区域特征获取率提出了一种基于数据采集完整性评估的线阵激光成像雷达参数优化方法, 实验分析了与成像分辨率相关的性能参数对多种运动形式空间失稳目标数据采集的完整性。实验结果显示数据采集完整性与线阵规模及采样频率正相关, 在线阵规模达到100元以上、采样频率200 Hz以上, 与空间目标自身运动形式几乎无关, 建立的对应关系将为参数优化提供指导和参考依据。

间歇采样转发干扰是针对宽带成像雷达的一种新型干扰方式。根据间歇采样转发干扰的基本原理，对宽带成像雷达，按照常规应用策略，能够在高分辨距离像结果中叠加一串虚假散射点。结合成像处理过程可知，这一串虚假散射点在事实上提升了成像处理中包络对齐效果。针对间歇采样转发干扰常规应用策略导致的问题，以破坏包络对齐为目的，设计了一种新的间歇采样转发干扰应用策略：按照预设随机序列改变间歇采样周期，来实现转发干扰方式。通过仿真实验，验证了所提出的应用策略能够显著降低成像质量。

近十年来, 由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势, 使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性, InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的32×32像元Gm-APD基础上, 搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台, 在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下, 获得了外场3.9 km目标的轮廓像, 在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验, 证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好, 能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明, 1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好, 能够实现远距离目标遥感探测, 为未来实际应用奠定了良好的研究基础。

在水下高重复频率距离选通成像系统的基础上，设计了一种全选通成像系统。在空间域中，可将整个探测区域划分为多个相互叠加的改进选通切片，一帧图像积分时间内的激光脉冲按照一定规律分布到各个改进选通切片中；在时间域中，在一帧图像积分时间内按照一定规律实现宽选通门对不同激光脉冲回波的等时差移动，使得一帧图像中包含所有距离的目标信息，实现了全选通实时成像。实验对比了连续光成像系统、传统距离选通成像系统和全选通成像系统的成像质量。实验结果表明，全选通成像系统同时具有连续光成像系统探测范围广和距离选通成像系统探测距离远的优点，探测距离大于4.5H(H为衰减长度)，输出视频的帧率为20 Hz。

水下距离选通成像雷达能够有效消除水体对光源的后向散射, 提高水下成像作用距离, 但由于系统信号处理固有延迟的影响, 成像盲区限制成为这种方法的主要缺点之一。提出了一种基于激光脉冲异步控制的方法, 在高重频和低重频两种系统上进行对比实验。研究表明, 采用异步控制方法在水下高重频距离选通成像系统上能够成功消除成像盲区限制, 但在低重频系统上会带来图像亮度抖动的缺点。这也是水下高重频距离选通成像系统优于低重频系统的原因之一。

激光成像目标模拟装置是激光雷达半实物仿真系统中的关键部件，其关键技术之一是目标建模。研究了激光成像目标的建模方法，以坐标变换理论为基础建立了目标模型，并搭建实验装置对模型进行验证。通过对不同视角下扫描的部分目标信息进行数据配准，得到目标的整体信息，然后根据视点坐标变换关系，可以在空间中任意视点获得目标的信息，以供图像生成系统生成图像。实验结果与理论值相似度高，验证了建模的正确性，为激光雷达回波目标模拟器获取目标信息提供了一条可行的途径。

激光成像雷达在工作时会受到噪声干扰,因此需要滤除距离像中无法反映真实信息的异常点。根据激光成像雷达距离像噪声的分布,推导出距离像中非异常值的分布特性,并提出了一种距离像异常值的判定条件。将判定条件表示为小范围内抽样分布的函数,利用稳健统计中的中位值法可估算出判定条件的取值,从而可以移除异常点得到噪声抑制后的距离像。利用该算法分别对激光雷达距离像进行仿真和实际获得的激光雷达距离像进行处理并进行数学分析,并与中值滤波进行了比较,结果表明基于统计特性的噪声抑制算法同时具有很强的噪声抑制能力和保护目标细节信息能力,可以满足激光成像雷达距离像噪声抑制的要求。算法充分利用了激光成像雷达较高的测距精度,可以应对多种场景下的需求,具有很强的实用性。

激光主动成像雷达在宽景深复杂场景目标成像探测过程中，由于远距离目标回波信号幅度较小，导致在强度像上缺失，影响了目标探测识别率。针对此问题，提出通过检测激光回波脉冲宽度生成激光二维平面像，即脉宽像，使用脉宽像完成宽景深远距离目标检测。利用条纹管激光成像雷达对复杂场景建筑物群进行推扫成像实验，分别获得了强度像、距离像和脉宽像。对脉宽像进行数据统计分析，结果表明，脉宽像的视觉效果优于强度像，相对于强度像，可将远场目标清晰呈现；不同的建筑物，其回波脉宽平均值不同；且光束入射角、目标的材质与回波脉宽密切相关：不同入射角的两个白色墙壁，其回波脉宽相差为2，玻璃与粉色的墙回波脉宽相差为4.7；而目标颜色（白色、粉色）对532 nm回波脉宽影响较小，回波脉宽相差仅为0.2。证明脉宽像可有效提高宽景深远距离目标探测率。

本文应用扫描式激光成像雷达获取试验数据并实现对激光数据的三维成像处理; 给出了基于目标特征的激光雷达图像与被动光学图像的数据融合方法; 实现了激光图像和光学图像间的三维融合。试验结果表明; 本文所提出的基于目标特征的两种不同质图像间的融合方法是可行的; 融合后的图像具有丰富的光谱信息和三维立体信息。