激光在当前的人类社会中有着非常广泛的应用,而测距就是激光诞生以来一直被应用的领域。随着激光器以及光电探测器制造技术的不断发展,激光测距机的体积以及重量得到了很大改善,同时众多信号处理算法的使用也使测距精度和量程有了很大提升。本文以军事应用领域中的导弹末端制导和单兵测距装备为研究背景,主要研究目的是设计出一种小体积、低功耗、低成本且人眼安全的激光测距模块,使用该模块替换导弹末端制导中的电磁波测距模块可以有效提高导弹的抗干扰性和打击精度。本文以脉冲飞行时间测距法作为系统测距方法。然后对系统进行自顶向下的模块化设计,将系统分为发射模块、接收模块、光学模块、信号处理模块、控制模块五个模块,最大程度的将模块解耦,便于系统后期升级以及模块替换。本文基于中心波长为1550nm、额定功率为40W的激光二极管设计了发射模块,使发射功率达到了一级激光安全标准,确保了所设计的系统绝对人眼安全,同时激光二极管相比于激光器更具有成本优势。为了使放电回路寄生电感最小化,本文一方面选择带有专用Kelvin Gate以及2ns上升时间的Nex FET^TM功率MOSFET作为开关器件;另一方面采用微孔技术和功率回路分离在140sqmm的空间中完成了放电回路布局。发射模块可以按要求产生脉宽100ns、上升时间约11ns、峰值功率为40W的脉冲激光。同时10KHz的重复发射频率使得系统可以在短时间内进行多次测量。本文针对回波信号过于微弱的问题,选择了仅有3n A暗电流的APD作为光电探测器,同时本文基于增益带宽积高达5.5GHz的OPA858运放设计了前置跨阻放大电路,在引入极低噪声和保证信号不失真的情况下可以提供百万倍的增益;同时本文还引入了ADC对回波信号采样,数字化的回波信号使得后续算法的应用成为可能,使得系统量程在40W发射功率的情况下达到1500m成为可能。本文基于FPGA芯片实现了信号处理模块和控制模块。通过激光雷达作用距离方程、APD噪声模型和运放输入噪声模型对回波信号信噪比进行了分析,并在此基础上建立了回波信号模型。通过分析回波信号模型,本文提出了总值最大法用以判断脉冲到达时刻,该方法可以有效避免回波幅值变化及波形畸变对测量结果的影响。本文针对低发射功率情况下量程不足的问题,本文借鉴雷达信号处理算法,在总值最大法的基础上融入了信号积累技术,仿真结果表明该方法在20次累加的情况下可以将系统有效量程从700m提高到1500m,同时最大测量误差不超过2m。