本发明提出了一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，属于激光数据处理技术领域。首先，以含噪激光回波信号为观测信号、发射激光脉冲信号为参考信号分别进行连续小波变换获得小波时频谱；第二，以后者为模板、前者为目标图像进行图像匹配，找到配准时间位置；第三，对两路信号进一步同步压缩变换，根据配准时间位置对参考信号同步压缩时频谱位置调整，确定此刻脊线包络；第四，对观测信号同步压缩时频谱按脊线包络范围进行提取，以此作为观测信号有效成分的时频范围，对此进行信号重构，即为激光雷达回波信号去噪结果。本发明可高质量提取出回波脉冲信号，提高激光雷达探测距离与测距精度。