三维成像激光雷达能同时探测目标灰度特性和目标几何特性,可得到雷达视场的空间三维图像,从而识别和跟踪目标。本文对三维成像激光雷达系统进行了分析和研究,在此基础上提出了一种采用固体脉冲激光器的三维成像激光雷达研究方案,分析了该方案的主要理论问题和关键技术问题,并研制出实验室样机,利用样机进行了大量系统实验。提出了一种非扫描三维成像激光雷达研究方案,该研究方案采用直接探测脉冲测距体制,以波长为1064nm固体脉冲激光器为激光光源,利用光纤面阵耦合APD探测器阵列进行探测,能同时获得目标的距离图像和强度图像。整个激光雷达系统由雷达发射系统,接收系统,控制系统,信号处理系统等构成。着重讨论了以现场可编程门阵列(FPGA)和微控制器(MCU)为核心的成像激光雷达信号处理系统,采用FPGA实现延迟线插入法进行高精度时间间隔测量,详细讨论了它的测量原理和实现方法。对信号处理系统的硬件和软件进行设计,编写了响应的FPGA程序和单片机程序,实现了高精度时间间隔测量、命令响应和高速数据传输等功能。利用所研制完成的激光雷达实验样机进行了大量的系统实验,对其主要性能和成像效果进行了测试,通过实验对系统存在的问题进行了改进,初步验证了激光三维成像机理和三维激光成像技术的技术的可行性。