相比干涉法测距和频率调制连续波测距法,相位法测量距离远;相比脉冲法,测距精度高。四象限探测器能够实现距离和相对位置的测量,具有体积小、质量轻、探测分辨高等特点,特别是四象限APD(Avanlance Photodiode,雪崩光电二极管)的内增益高、噪声小适合中远距离测距和测角。基于相位法测距和四象限测角,本文设计了一套基于四象限探测器的相位式激光雷达系统,并分别对测距和测角的若干关键技术做相应研究。测距是系统的一个重要功能,本文对若干影响测距精度的技术进行了研究。鉴相算法是影响测距精度的重要因素。针对相位式激光测距中最常用的FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)鉴相方法和ap FFT(All Phase Fast Fourier Transform,全相位快速傅里叶变换)鉴相方法,本文通过综合比较鉴相精度和输出幅度信噪比,选取FFT作为系统的鉴相算法。系统具有四路测量信号,如何从四路测量信号中提取高精度距离具有重要的研究价值。通过分析对比Atan_Mean算法、Mean_Atan算法及Max算法,本文提出一种基于Mean_Atan和Max的优化算法,并验证该算法的优越性。温度是影响相位法测距精度的另一个重要因素。关于温度对相位法测距精度的影响国内外做了一些相关研究。本文从电阻电容的温度特性出发,研究了温度对相位法测距精度的影响。通过实验得出选择低温度系数的电阻电容能够提高相位法测距精度。测角是系统的另一个重要功能,本文对测角的若干关键技术进行了研究。本文对测角过程做了合理的简化,在简化模型的基础上推导并验证了基于FFT四路信号幅度求取脱靶量的可行性和正确性。方位角和俯仰角的估计精度直接决定测角精度,而四象限测角算法是影响方位角和俯仰角估计精度的重要因素。本文在传统等间距插值法的基础上,分析特性曲线,提出基于特性曲线分析插值法的四象限测角算法。通过实验仿真得出,相同插值点数条件下,该算法得到的最大方位角和俯仰角误差比等间距插值法小。为分析基于FFT获取的幅度信息对测角精度的影响,建立了脱靶量精度估计模型。通过理论推导和仿真得出,提高输入信噪比、选择矩形窗、减小频率偏移量及增加FFT运算长度均能提高脱靶量估计精度。为验证该系统可行性,搭建了实验系统的平台。为了考查各个模块对测距精度的影响,分别对数字系统、模拟电路板及整个系统做了相应的实验。在数字系统实验中,得出该部分的测距误差的标准差小于0.7mm,100次平均后小于0.07mm,相比其他部分可以忽略。在模拟电路板的参考通道和测量通道差异性实验中,得出了该部分的测距误差标准差为1.5mm,100次平均后标准差为0.2mm。在整个系统测试中,针对高频测尺和低频测尺做了测距实验。在高频信号实验中,测距误差标准差为1cm,100次平均后为0.8cm。在低频信号实验中,得到100次平均后的峰峰值误差为3m,满足多频测尺的衔接条件。为考查脱靶量的稳定性,做了脱靶量测试实验。实验结果显示,在X轴上的归一化脱靶量的标准差为0.003,在Y轴上的归一化脱靶量标准差为0.001。