数据采集、预处理及批量传输在激光测距、激光三维成像雷达、视频监控、立体显示、工业控制、生医工程和科学研究等领域的应用日益广泛,这些应用对系统的采集实时性、预处理能力、传输速率等提出了越来越高的要求。随着微电子工艺技术的提高、FPGA芯片价格的降低和电子设计方案的优化,基于FPGA硬件平台的数据采集、预处理及批量传输的方法越来越得到研究机构、高校及公司的应用。数据采集设备作为激光三维成像雷达接收端的前沿组成部分,承担着数据采集、缓存、变换和传输的任务,有其举足轻重的作用。因此,设计一种高数据量、实时性好、可扩展性强、集成度高、性价比可观的数据采集系统就有着重要的实际意义。本文介绍了国内外激光三维成像雷达技术的研究背景,根据激光三维成像雷达系统中的应用需求,分别研究了激光相位测距中的单通道采集技术和激光三维成像雷达中的多通道高速采集技术。激光相位测距中的单通道采集系统采用ADC(模拟数字转换器)实现激光回波的数字化,选用Altera公司的FPGA作为采集系统的核心控制硬件平台,实现激光回波的数据缓存处理、跨时钟域处理、专用FFT设计、中端ADC芯片驱动和USB芯片驱动、数字滤波的功能。激光三维成像雷达中的多通道高速采集系统采用高速多通道ADC实现多路回波的并行采集,选用Xilinx公司的FPGA作为采集系统的核心控制硬件平台,实现多通道脉冲激光回波的数据对齐训练、多级跨时钟域及缓存处理、基于TDC的激光内光路的精细矫正、以太网传输和ADC芯片驱动的功能。另外,本论文在设计采集系统中的相关算法及处理的同时,采用modelsim、 matlab和komodo软件,为激光相位测距采集系统和激光脉冲多通道采集系统搭建了简易高效的验证平台,采用断言验证、约束随机激励测试等验证手段,大幅度提高了RTL级代码设计的正确率,并且缩短了研发周期。本论文提出的两种数据采集系统均经过器件选型、算法模型设计、RTL级代码设计、软件调试和实验结果的优化与分析。经实际检验,基于FPGA的采集系统具有高速采集、实时处理、高集成度、可扩展性、低成本等优点,可以作为其他应用领域中的一部分,可用价值较高。