随着航空航天、船舶制造等技术的飞速发展,我国对大型装备的非接触式精密测量技术提出了更高的要求。相比于传统的脉冲法和相位法激光测距技术,线性调频激光测距技术具有测距精度高且抗干扰能力强的突出优点,在精密测量领域具有广阔的应用前景。本文将对线性调频激光测距信号处理算法展开研究,并基于多核浮点DSP进行高速实现,搭建了一套能够对大尺寸非合作目标进行高精度测量的调频式激光三维形貌测量系统。本文主要研究内容和完成的工作有以下几个部分:首先,介绍线性调频激光测距的基本原理,对测距分辨率进行简要分析,重点分析了信号噪声和调频非线性误差对测距精度的影响。提出本文测距系统的整体方案,并采用光电闭环反馈电路对信号中的调频非线性误差进行补偿,有效去除了回波信号中的大部分非线性误差。其次,完成线性调频激光测距信号处理算法的设计和仿真,针对测量信号中残余的非线性误差,设计基于参考通道的频率非线性相位误差补偿方法,通过设置参考通道提取非线性相位误差对回波信号进行补偿,有效提高了系统测距精度。针对传统的希尔伯特变换提取信号相位难以实现的问题,设计了多阶级联的IIR滤波器将实信号转换为复信号,在较小的时间和空间复杂度下完成了对参考信号中非线性相位的提取。针对传统FFT频率估计精度低的问题,采用CZT频谱细化法对测量信号频谱进行细化,有效提高了系统的测距精度。最后,基于FPGA+DSP异构信号处理板卡完成对调频激光测距系统的实现,包括对测量信号的采集、传输和处理模块以及系统通信模块的实现。选用串口完成信号处理板与外部控制板卡的数据交互,采用SRIO高速串行接口完成FPGA与DSP间数据的传输,同时使用千兆以太网接口完成DSP与上位机的通信。重点对基于多核浮点DSP的测距信号处理算法进行了高速实现,设计并实现了多核并行处理框架,对代码进行多方位的优化,有效提高了数据处理速度。完成了大尺寸三维形貌测量仪的搭建工作,着重介绍系统调焦模块的设计与实现,进行了长导轨单点测距实验和三维扫描点云成像测试,2m范围内测距精度可以达到20μm,50m范围内测距精度可以达到0.5mm。