脉冲激光雷达以其效率高、测程远、抗干扰能力强等特点在城市智能感知领域得到了广泛的应用。随着智能感知技术对感知信息量和精确度的要求逐渐提高,如何从激光回波信号中快速准确解析被测目标距离及表面特性信息成为研究热点。本文在分析激光雷达测距原理的基础上,重点开展回波信号全波形建模与处理算法的研究工作。首先,基于半导体激光器输出特性、光束传播特性及探测处理电路响应特性,完成了脉冲式半导体激光雷达全波形系统级建模,并设计了系统级全波形建模软件,为全波形信息处理技术的研究提供了理论基础。其次,结合不同回波特性,进行了全波形处理算法的设计和仿真。设计了自适应阈值算法,实现了回波时间和强度信息的高精度同步解算;基于最优窗宽对波形形心算法进行优化,提升了低信噪比环境下的测量精度;设计了一种新型多脉冲叠加回波处理算法,降低了多目标回波解算的运算量;本文还结合算法特性,提出了全波形激光雷达系统采样电路分辨率和采样率的设计标准。最后,搭建了单线脉冲激光雷达测试平台,进行波形实测实验,结果表明本文提出的脉冲式半导体激光雷达回波信号模型与真实回波信号适配度较高,全波形处理算法实测精度与仿真结果相符,其中自适应阈值法在500 MSPS采样率下得到了0.47ns的实测最大偏差和0.25ns的误差标准差。本文的研究内容对脉冲激光雷达系统的设计以及全波形回波信号处理技术的研究具有较高的参考价值,对脉冲激光雷达技术在智能感知领域的应用和发展具有重要的现实意义。