在路面高度检测过程中,激光位移传感器的光电接收器(CCD)存在饱和现象,造成光斑中心位置产生偏移,导致采集的高度数据存在误差。为了提高路面高度的检测精度,本文对混合光斑的三种典型光强分布模型进行研究,分析造成光斑饱和的原因,提出混合光斑的主光斑中心定位方法,并设计出一种基于主光斑中心定位方法的激光位移传感器。首先,从光学系统和电路系统两部分对激光位移传感器进行分析与设计。在光学系统中,结合系统的精度和体积要求,选择合适的光路结构模型,并对光学参数进行设计,同时对恒聚焦光路进行深入分析,构建出满足Scheimpflug条件的直射式光路。在电路系统中,综合分析各电路的作用与特点,对CCD驱动电路、放大电路、采样电路进行设计,并研究各电路之间的衔接问题。其次,研究CCD中混合光斑的三种典型光强分布模型并提出混合光斑的主光斑中心定位方法。对CCD光学成像原理与饱和成像原理以及混合光斑形成的缘由进行了研究;采用Matlab仿真技术,得出混合光斑的三种典型光强分布模型,并分析出混合光斑的饱和状况与光线入射角度和入射光强有关;研究多种光斑中心定位算法并进行对比实验,结果表明质心法的计算误差明显低于其他算法。依据三种典型光强分布模型中峰值个数的不同,将混合光斑划分为三类:峰值为2、峰值为1与峰值为0,并根据这种分类方式设计出三种计算主光斑中心位置的方法,依次为导数法、距离缩放法、OLS-RBF神经网络预测法;采用质心法和本文设计的方法对混合光斑的主光斑中心进行定位,实验结果表明,质心法的计算误差大于等于40个像元,而本文设计的方法计算出的误差小于4个像元,证明了本文所设计的方法较现有算法具有更高的精确度。最后,设计一种基于主光斑中心定位方法的激光位移传感器。将主光斑中心定位方法应用到激光位移传感器中,对不同高度的路面进行检测,测量结果达到了预期目标,表明了基于主光斑中心定位方法所设计的激光位移传感器能够高精度地完成路面高度的检测任务。