激光雷达测距具有探测距离远、测量精度高、探测周期短等优良性能,已广泛应用于军事、空间技术、汽车自动驾驶等诸多领域。利用伪随机码调制发射系统激光,并采用单光子探测技术可以提高激光雷达系统的信噪比,提高探测距离与精度。本文利用FPGA生成高频伪随机码调制激光,设计单光子激光雷达测距系统,主要研究内容如下:(1)针对激光雷达方程以及作用距离模型、伪随机码原理以及单光子探测技术进行原理分析,提出伪随机码调制单光子激光雷达系统原理,从原理层面分析本文方案可行性,并为系统的参数计算与硬件设计提供了依据。(2)利用MATLAB对伪随机码调制单光子激光雷达测距系统进行仿真,主要从激光雷达作用距离与发射功率、接收功率以及目标平均反射率等光学参数之间关系,伪随机码生成,回波信号处理和相关性计算及距离信息提取等方面进行仿真验证。仿真结果证明利用伪随机码调制单光子激光雷达测距系统满足性能需求。(3)伪随机码调制单光子激光雷达测距系统以Xilinx公司Artix-7系列FPGA为主控芯片,利用Verilog语言完成系统软件设计。系统软件设计主要包括伪随机码生成、SFP光模块、相关性计算以及串口通讯。本文利用Vivado中集成的Simulation对各个模块进行逻辑仿真,仿真结果表明系统软件设计满足性能需求。(4)针对激光雷达测距系统,完成了硬件电路原理分析和设计,包括偏置电压电路设计、温控电路设计以及门控淬灭电路设计。最后设计了单光子激光雷达测距原理样机,测试结果表明此设计方案在探测距离、测量误差以及数据更新率等方面满足测距要求。