激光雷达自20世纪60年代出现以来,经过了由简单到复杂、由低级到高级的发展过程,其种类不断增加,功能不断完善和发展,应用领域越来越广泛和深入,并成为近年来快速发展的一种新型的对地观测技术。在对地观测遥感数据获取过程中,激光雷达通常只以单波长方式工作,为了能更好的利用现有激光雷达技术的对地观测能力,目前国内外的研究主要是融合单波长激光回波信号的强度信息和三维信息进行数据分类,不仅能快速获取地表三维空间信息,同时还得到了单波长回波强度信息。虽然其在三维空间信息获取方面具有突出优点,但在对地物的物性探测(分类、状态等)方面,受单一波长探测能力限制,难以从根本上改善机载激光雷达由于单一波长所造成的在物性探测能力上的不足。本文针对激光雷达在对地观测技术中的应用及其特点,为了更好的挖掘出激光雷达对地观测应用的潜力,借鉴多／高光谱遥感具有物性探测能力的原理,提出开展多光谱(多波长)激光雷达地物探测技术研究,旨在使激光雷达技术在保留高空间分辨探测能力的同时,还兼具光谱探测能力,对地物物性进行判别。如同被动光学遥感是从全色相机—多光谱相机—高光谱相机的发展趋势一样,激光雷达对地观测技术也将面临从单波长—双波长—多波长的发展趋势,本论文的研究也旨在推进这一趋势的发展。本文主要对多光谱对地观测激光雷达系统的基本原理和关键技术进行了研究和分析,具体包括以下四个方面：(1)针对激光雷达的特点,对多波长激光回波强度转换成地物对激光的后向反射率计算模型进行研究,全面考虑多光谱激光雷达系统最终硬件系统的整体功能、系统复杂性和稳定性,提出“以尽量少的探测激光波长获得尽量好的物性探测能力”的准则,对激光光源波长选择进行研究。在对地物进行系统的高分辨反射光谱实验研究的基础上,分析各种地物反射光谱的变化规律,为激光探测典型地物组合时的波长选择提供依据,同时采用选择的波长组合对地物物性判别的精度进行分析与研究,为多光谱激光雷达系统扫描探测的物性判别、数据处理方法提供重要理论与实验依据。(2)分析和总结多光谱激光雷达的原理和关键技术,完成多光谱激光雷达硬件系统单元技术研究。对激光发射系统单元技术、信号接收系统单元技术以及扫描测距系统单元技术进行设计和研制。激光发射系统单元技术研究主要完成特殊波长的激光器进行设计,并严格控制激光器重要参数；通过设计复杂的光学系统,完成多波长激光合束同轴发射；信号接收系统单元技术研究主要完成多通道分光光学系统设计以及激光微弱回波信号高灵敏度检测技术研究；扫描测距系统单元技术主要研究和设计扫描测距技术,以及扫描测距控制技术。(3)在单元技术研究基础上,进行多光谱激光雷达地面演示系统集成技术研究。对信号收发联调、同步扫描、系统控制、信号采集与处理等展开研究和设计；同时设计软件对多通道探测信号以及扫描测距信号进行采集与处理,实现多光谱激光雷达系统从发射、探测到数据接收的集成控制与处理。(4)通过以上研究工作,研制出一体化设计的对地观测多光谱激光雷达地面演示系统,完成多光谱激光雷达地面演示实验,以验证多光谱激光雷达的空间探测和物性判别功能。通过演示实验表明,系统可短距离移动并可实施扫描探测,具有同时进行4个波长的发射与接收探测的能力,能够对植被和非植被地物,以及对不同类型和生长状态的植被进行分类,并且能获取三维空间信息。为该技术的应用可行性提供地面演示依据。