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激光探测凭借其优异的空间分辨率、灵敏度、准直性、单色性及全天候等特性成为了主动遥感中高精度测距和成像的首选方式。而为了适应激光雷达对于快速成像的帧速要求，使用线阵探测器对大面积目标的激光回波进行阵列探测，可以在传统的单元探测基础上大大提高成像速度和探测效率。
论文对高精度激光测距和激光回波阵列探测中的关键技术展开研究。首先详细分析了激光测距的阵列探测性能，讨论了影响激光测距精度的各种误差来源，并在此基础上计算了激光测距的理论精度。根据所使用线阵探测器的性能参数，结合厘米级测距精度的要求，分析并设计了24路激光回波宽带可调增益的不失真放大电路，通过与线阵探测器的逐级接插级联方式，有效抑制了噪声，提高了探测信噪比。同时采用了基于延迟线插入法的高精度计时芯片TDC-GPX组成时间间隔测量模块，实现了多通道并行计时以及每通道81ps的计时精度。为了保证大动态范围下稳定的激光测距精度，设计了以回波峰值保持为依据的自动增益控制电路以及自动增益控制算法，将测距范围内的激光回波始终控制在合适的幅度。最后通过初始增益标定的方法，消减了由于阵列探测器单元间增益差异以及激光光源能量空间分布引起的阵列探测非均匀性。
为了验证系统的测距精度，论文分别进行了基于单元探测器和线阵探测器的固定目标激光测距实验，并对实验数据进行了分析，验证了系统厘米级的测距精度。同时，在二维扫描激光雷达中使用了激光回波阵列探测，进行了用于定量分析的室内测试靶板扫描以及室外的扫描成像实验。研究表明，使用回波阵列探测技术能有效提高激光探测效率，且能达到2.5cm高精度测距。