地面目标检测是空地探测、精确打击领域及自动目标识别技术中的重要研究课题。地面目标容易受各种人工或自然物的遮蔽，这时传统的二维成像探测系统难以获取有效的目标信息。激光成像雷达的波束较窄、方向性好，在一定程度上可以穿透遮蔽物获取部分目标信息，提供反映目标场景几何结构信息的距离像和三维点云数据。虽然激光成像雷达在信息获取上为遮蔽目标探测提供了便利，但遮蔽环境下的成像数据较为复杂，噪声、数据缺失、地物杂波等因素的干扰给遮蔽目标检测提出了挑战。本文针对上述应用背景，按照“数据获取——数据预处理——目标检测”的总体思路，分别从全波形激光成像雷达建模与仿真、激光雷达数据噪声抑制、数据配准和地面遮蔽目标检测算法四个方面展开研究，旨在解决激光成像雷达遮蔽目标检测中的诸多问题，为相关应用奠定基础。绪论部分阐述研究背景和选题意义，总结分析激光成像雷达技术的发展与应用、目标检测技术、遮蔽目标检测方法等领域的研究与发展现状，明确论文的研究内容与思路、结构安排和主要工作。第二章研究全波形激光成像雷达的建模与仿真，解决数据获取问题，为课题相关算法研究提供数据支持。首先阐述全波形激光成像雷达的基本探测原理，明确全波形回波信号的形成过程。然后针对建模与仿真中存在的问题，对仿真系统中的三个主要部分：激光束在目标场景中投影点的获取方法、激光雷达信号与目标场景的作用过程、接收机噪声与距离选通模式，进行重点研究。针对投影点获取过程中存在的大量光线求交运算和传统算法执行效率慢的问题，提出了一种基于激光束空间边界的光线求交快速算法。紧接着设计仿真系统的总体结构、具体实现步骤和系统仿真流程，完成了全波形激光成像雷达仿真系统的构建，可获取多种条件下的成像数据。最后采用理论分析与仿真实验相结合的方法，从全波形回波波形特征、距离选通模式、数据噪声特性三个方面对仿真系统的可信度进行了分析和检验。第三章研究激光成像雷达距离反常噪声抑制算法，为后续处理保障数据质量。首先在分析激光雷达数据各种噪声分布特性的基础上，指出距离反常的影响最大，并结合距离像和三维点云数据中的不同表现形式，分别开展距离反常抑制算法研究。针对距离像数据，依据正常像素在其邻域内至少存在少量的距离相似像素的特点，提出一种基于邻域像素检测的距离反常抑制算法。针对三维点云数据，根据距离正常点和反常点在空间邻域点数量上存在明显的差异性，提出一种基于空间邻域点数量检测的反常点抑制算法。实验验证了所提两种算法在多种条件下的距离反常抑制能力和目标区域数据保护能力，且兼顾去噪性能与执行效率。第四章研究激光雷达数据配准算法，解决遮蔽条件下的数据缺失问题，为实现遮蔽目标检测奠定基础。首先通过对背景需求和多视角拼接算法研究现状的分析总结，得出两视角配准是基础，迭代最近点(Iterative Closed Point，ICP)算法是关键算法的结论。然后结合遮蔽环境下的数据特点，对ICP算法主要步骤的应用策略进行分析和改进，提出了一种基于改进ICP算法的两视角配准算法。在完成两视角配准基础上，提出一种基于积累已配准相邻帧数据的多视角配准算法，该算法在序列配准策略基础上通过合并积累已配准的相邻帧数据来提高待配准数据之间的重叠区域，进而提高配准精度。实验验证了所提两种算法在不同重叠区域、不同配准初值误差条件下均具有较强的鲁棒性和较高的配准精度。最后通过原理与实验分析相结合的手段，对改进ICP算法进行影响因素分析，结果表明配准数据的视角间隔、成像模式影响较大，载体定位、定姿误差影响较小。第五章研究地面遮蔽目标检测算法，实现感兴趣区域(Regions of Interest, ROI)数据的分割提取。在分析遮蔽场景下各种地物空间分布特性的基础上，重点研究了三种空间滤波方法，逐步剔除地物杂波干扰。(1)基于地面数字高程模型(DigitalElevation Model, DEM)估计与高程分割的滤波方法：通过改进形态开运算，提出一种改进的渐进多尺度数学形态学滤波算法，有效实现DEM估计，剔除地面和较高地物上的杂波数据。(2)基于主分量分析法的三维点局部空间分布特性分类检测算法：提取体素邻域内数据的主分量及其贡献率，根据点分布状态与主分量贡献率的关系，实现杂散点、线状点和面状点的分类检测。(3)基于地面阴影分析的目标区域检测算法：利用感兴趣目标对于激光束的不可穿透性和在地面上形成较大面积阴影区域的固有物理特性，通过检测大面积阴影区域来检测目标区域，剔除较小、零散阴影区域内的杂波数据，其中重点推导了算法主要参数与感兴趣目标几何尺寸的关系。在空间滤波基础上，依次采用基于最近距离阈值的谱系聚类法、基于最小外接矩形位置关系的聚类分析法将各个疑似目标区域聚类为各个点集，并结合目标的几何结构信息进一步剔除虚警，实现了ROI数据的分割提取。最后总结出一种基于空间滤波和聚类分析的地面遮蔽目标检测方法的总体框架，为进一步的目标分类、识别提供了基础和条件。第六章总结论文的研究工作及创新性成果，指出存在的问题和后续研究方向。