激光三维成像雷达作为近年来高速发展的新型遥感技术,国内研究单位的热点多集中于点源和线列探测的民用测绘领域,由于受到阵列探测器的渠道制约,面阵探测器的研究未受到重视。本系统试以基于小面阵探测器的高帧频、宽收容的激光三维主动成像雷达为探索目标,研究了实现高帧频、宽收容所涉及的关键技术,完成原理样机系统的搭建。同时,对MEMS摆镜在小型化激光三维成像雷达系统中的应用进行了研究。本文主要围绕小面阵三维成像激光雷达样机的设计要求,提出了用激光分束照明以实现发射光束与探测器像元的配准,同时采用了收发共口径的光学系统,有利于系统的小型化集成。对于小面阵探测器的高精度激光测距技术,详细分析了激光测距的误差组成,研究了对面阵探测器的温度补偿技术、低噪声回波放大技术、恒比定时技术等,分别基于单元探测器和面阵探测器设计了高精度的测距实验,并对实验结果进行了分析。本文的主要研究成果和创新点归纳如下:(1)利用达曼光栅实现了发射激光束的分束照明,配合收发共口径的光学系统,实现了APD阵列像元和激光探测光斑的配准关系,缩小了光学头部的体积。(2)通过研究低噪声放大技术、自动温度补偿技术、恒比定时技术和峰值保持电路等,解决了小面阵探测器的并行高速处理技术,实现了小面阵探测器的厘米级高精度的测距结果。(3)在国内小面阵APD探测器三维成像工程应用领域,做出了有益的探索,在单束发射脉冲无扫描的原理样机试验中,得到了探测目标的面阵成像数据,取得了理想的结果。(4)对MEMS摆镜应用于小型化激光成像雷达的方案做出了分析,提出了配合二次光学扩束系统的收发共轴光学系统。