激光测距方程描述了到达激光接收机光电探测器的部分发射功率（称为回波功率或接收功率）与激光测距机性能参数（发射功率、光束发散角、光学系统透射率、接收视场）、传输介质（大气或水）的衰减以及目标特性（目标有效截面、反射率）之间的关系。通过计算激光发射功率经介质传输的衰减、目标表面截获和反射的光功率、到达接收视场的光功率以及接收光学系统接收到的光功率，就可以得到到达光电探测器的光功率，即接收功率。

因为目标反射率、目标有效反射面积和激光束在目标处的光斑面积不同，因此脉冲激光测距方程有不同的表示形式，现分以下几种情况进行介绍。

一、漫反射小目标的情况

当目标离激光发射机很远时，激光束在目标上的光斑面积通常大于目标有效反射面积，目标表面全部截获激光束。在这种情况下，激光测距方程可直接由光雷达方程得到。在远场情况下，雷达光束大于目标时的光雷达方程为

式中，Gt为发射天线的增益。

在光波区域，通常测量的是光束发散角而不是天线增益，如果以发射光束的光束发散角θt代替发射天线的增益，即，则有

式中，Pr为接收功率；Pt为发射功率；R为目标距离；Ar为接收孔径面积；σ为目标的雷达散射截面；Tt为发射光学系统的透射率；Tr为接收光学系统的透射率；Ta为大气或其他介质的单程透射率。

二、漫反射大目标的情况

在这种情况下，目标上的激光光斑面积小于目标有效反射面积，目标表面部分截获激光束。假设目标表面为朗伯散射面，目标的雷达散射截面，将该等式代入式（8-5）中得到测距方程为

式中，ρ为目标反射率；φ为目标表面法线与发射光束之间的夹角。

三、漫散射细长目标的情况

假设在垂直入射的情况下σ=4πρRcτ，将该等式代入式（8-6），则得到测距方程为(www.daowen.com)

式中，c为光速；τ为脉冲宽度。

四、角反射器小目标的情况

在这种情况下，由于目标上安装了角反射器，所以目标反射很强，测距方程为

式中，Ωt是发射光束的立体角。

五、镜反射大目标的情况

这种情况很少发生，仅在对水面测距时遇到。假设为垂直入射（φ≈0°），测距方程为

由上述不同情况下脉冲激光测距方程的各种表示形式可知，脉冲激光测距机的接收功率Pr与发射功率Pt、光学系统、大气透射率及接收孔径面积Ar成正比，而与光束发散角θt的平方成反比，与距离则存在Pr∝1/R2、Pr∝1/R3和Pr∝1/R4三种关系，由发射光束的形状和目标的后向图形确定。当Pr既不取决于1/R2，也不取决于1/R4时，可认为目标正处在1/R2和1/R4之间的过渡区内。当忽略光束抖动时，在过渡区内Pr∝1/R3。

在测距方程中，如果用最小可探测功率Pmin代替接收功率Pr，则由测距方程可得到最大可测距离Rmax。例如，对漫反射小目标，式（8-6）转换为

对漫反射大目标，式（8-7）转换为

由上述方程可知，要增大可测距离，必须提高激光测距机的发射功率Pt，增大接收孔径的面积Ar，加大目标的有效反射面积σ，增大发射光学系统和接收光学系统的透射率Tt和Tr，减小发射光束的发散角θt，提高接收灵敏度即减小接收机的最小可探测功率Pmin。此外，大气的透射率Ta与可测距离密切相关，晴朗的天气，可测距离远；恶劣的天气，可测距离会大大缩短。