本申请提供了一种单光子激光雷达系统观测噪声模型建立方法，包括以下步骤：当单光子激光雷达系统观测到为陆地上的对海探测时，将噪声分解为多种类型建立单光子激光雷达系统陆地观测噪声模型，合成陆基、空基对海观测单光子数据集；当单光子激光雷达系统观测到为水下探测时，将复杂的水下近似为混合噪声分布，建立单光子激光雷达系统水下观测噪声简易模型，合成单光子水下数据集。本申请提供的单光子激光雷达系统观测噪声模型建立方法，应用于雷达成像技术领域。解决现有技术中存在的对系统的噪声分析过于一致或缺少必要的因素考虑而无法应用于实际空对海、陆地对海探测，数据集信息获取时间成本太大的技术问题。