具备波形记录功能的星载激光测高仪是一种新型的主动式遥感设备,它能够接收被测目标的反射脉冲回波信号。星载激光测高仪所采集的接收脉冲回波与目标几何特征参数之间存在对应关系,通过对该接收脉冲回波信号的处理与分析,可以反演得到目标的距离、高度、倾斜度和粗糙度等几何信息。因此,星载激光测高仪被广泛应用在海洋学、生态学、地形学、冰川学等等领域,开发一种普适性的接收脉冲回波数据的处理算法是保障这些领域内的目标信息反演精度的关键所在。目前,已公布的接收波形数据处理方法主要是在假设接收回波由多个高斯分量混合而成,利用拐点法与非线性最小二乘拟合相结合的方式来实现波形参数的提取,这些方法对非高斯分量或分量存在明显混叠的波形处理效果较差,针对这些方法存在的局限性,本论文主要开展了以下几个方面的研究工作:(1)基于星载激光测高仪接收脉冲回波信号的产生原理,推导了多模式回波的理论表达形式,通过回波的仿真分析确定以偏正态模型作为回波处理的拟合模型;(2)根据星载激光测高仪多模式回波信号的分布特点,提出一种基于梯度下降的波形逐层分解方法(Waveform Decomposition on Gradient-descent and Levenberg Marquardt,WDGLM)的回波数据处理算法;(3)利用WDGLM回波数据处理算法对仿真模拟的回波数据和实际采集的回波数据进行了处理分析,并以回波的拟合残差和相关系数作为评判回波处理结果优劣的指标。通过对一个条带的高分七号波形数据的处理得到,其相关系数和残差的平均值分别为99.75%和2.13,均小于已公布的波形处理方法得到的结果。同时,选取了三组来自于地球科学激光观测系统(Geoscience Laser Altimeter System,GLAS)的混叠原始波形,基于本文的波形处理方法提取的波形特征参数及高度反演模型,使得目标高度的反演精度分别提高0.447m、0.207m和0.390m,综合处理结果表明,WDGLM波形分解方法具有更好的普适性、精度高等特点。