由于激光技术与电子学技术水平的不断提高,激光雷达技术也得到了迅猛的发展。目前,激光雷达应用已十分广泛,在军事、民用、科研等领域应用很多,特别是无人平台、机器人导航、交通安全、文物无损测量等领域,展现出无限的应用前景。但是随着对丰富信息获取需求的增加,传统的激光雷达已无法完全满足这一要求,此时全波形激光雷达随之诞生,由于其可以记录下完整的波形数据的特点,从而获得完整的目标信息,被不断重视。本文首先对全波形激光雷达系统的设计展开了深入的研究。根据对国内外激光雷达和全波形激光雷达的研究进展进行了充分的调研与分析,找出了全波形激光雷达研究上的不足,并根据这些不足,设计了一套同轴双通道的全波形激光雷达数字化采样探测系统。并通过对系统内各单元参数的计算分析,匹配合适的设备,使其可以最大化的发挥系统性能。然后利用ZEMAX和TracePro这两款光学仿真软件对探测系统进行仿真设计,并通过仿真实验对系统进行合理的优化。再利用Matlab软件对探测中可能出现的一些典型目标的回波进行模拟和仿真分析,从而总结发射脉冲与典型目标作用后,返回脉冲波形与典型目标的对应关系。接下来利用设计的波形采样探测系统对一些近距离的典型目标进行验证性探测实验,对探测到的波形数据进行比较分析,从而验证仿真结果是否正确。随后对系统内的发射与接收单元进行小幅调整,进而对远距离的目标进行探测,利用后文介绍的波形数据处理的方法,对波形进行处理,最后生成探测物的高程图像。最后根据探测到的全波形数据,提出了合理的回波数据处理的思路和方法。并针对不同的波形数据设计了不同的波形数据预处理的方法,并利用高斯波形分解的方法进行波形分解,实验结果表明高斯分解算法可有效的对回波信号中的多目标进行分解。