激光测距技术是激光在测距测速领域内的重要的现实应用,广泛应用于工业、军事、地理等等领域,它是一门结合了光学,机械和电子学的复杂交叉技术。传统激光测距技术多采用相位式、脉冲式和相干式等,其中脉冲式的飞行时间法是工程应用中较为常见的一种。脉冲式激光测距的飞行时间法拥有结构简洁,系统稳定,结果可靠的显著优点,但其采用线性模式探测器的增益有限,导致测量距离有限。单光子激光测距技术是基于脉冲式激光测距技术的基础上,针对回波能量在光子量级,采用盖革模式雪崩二极管作为探测器件,采用光子计数法作为基础算法的一门独特的测距技术。相比于线性模式,盖革模式探测器灵敏度提高,激光测距系统的测距能力也得到提升。但单光子探测体系也有着一定的缺点,在“强背景噪声,弱回波信号”采用阵列盖革模式探测器的情况下,需要极窄的接收视场和极短的时间预报波门才能够满足信号处理要求,为了解决这两个问题,本文提出一套多元相关单光子激光测距信号处理算法的解决方案。本文采取理论推导和仿真实验验证结合的方式,以传统的时间相关光子计数法算法对照组,以本文提出的阵列多信道空间相关光子计数算法、时间空间相关卷积神经网络算法和时间空间相关阵列拓展自适应算法为实验组,研究了算法的实现步骤、信噪比能力提升等理论优缺点,并采取仿真实验的方法进行验证。结果表明,多通道信道相比于单通道信道,信噪比的提升和信道数的开方成正比关系;多帧数信号相比于单帧信号,信噪比的提升和关联帧数的开方成正比关系;考虑空间阵列分布后的信噪比提升和匹配阵列散布系数矩阵的匹配程度成正比关系。在本文仿真的4×4阵列信号处理结果来看,信噪比提升符合上述结论,另外,本文提出的时间空间相关卷积神经网络算法相比于传统算法的信噪比提升效果在两倍以上,时间空间相关阵列拓展自适应算法又在此基础上提升了对数信噪比数倍以上。本文理论结构完整,并通过仿真实验验证,提出的多元相关信号处理算法有效,是单光子激光测距技术的新发展之一。