全波形激光雷达是遥感领域的新兴技术，相比传统激光雷达，它对后向散射回波进行全数字化的记录，通过分解返回波形能够得到更加丰富的地物属性信息，因此波形分解是激光雷达全波形数据处理的核心内容。针对传统LM算法容易陷入局部最优解的问题，提出一种全局收敛LM的激光雷达全波形数据分解方法。该方法引入全局收敛LM算法对波形进行拟合，获得波形分量参数的最优解，利用迭代的波峰检测策略实现复杂重叠波形分量的逐步分解。通过对GLAS、LVIS与Lite Mapper-5600的波形数据分解实验证明：该方法相比传统LM算法能够得到更具鲁棒性的波形分解结果，并且适用于星载波形数据、机载大光斑以及机载小光斑波形数据，具备较高实用价值。