激光测距技术在人类的生产生活中有着广泛的应用,小到工程应用大到载人航天都能见到其身影,相比于其他的测距方法,激光测距有着测量距离远、精度高和抗干扰能力强等优点。激光测距从原理上来分类主要有脉冲式激光测距技术、相位式激光测距技术和三角式激光测距技术。对于脉冲式激光测距系统,由于光速非常快,光来回发射器和目标物之间产生的时间差可以达到皮秒级别,因此精确测量发射和接收的时间差是提高系统测距精度的关键。本文以APD(雪崩光电二极管)传感器为接收芯片,Zynq FPGA为处理平台,设计并验证了测距系统所有的硬件电路,包括纳秒级窄脉冲激光发射电路、高压发生电路和激光接收电路。保证系统能够稳定正常的工作,专门对光学发射和光学接收部分进行三维建模,利用3D打印制造出壳体来固定激光器和接收透镜,并将所有验证完毕的硬件电路设计成PCB与光学壳体组装,使得发射出的激光能够被稳定接收。对于脉冲式激光测距系统,TDC(时间数字转换器)测量的精度直接决定了系统的测距精度,本文利用FPGA内部的进位链构建延迟链,配合编码器、粗时间计数器、均值滤波和触发模块实现了TDC测量。为了保证延迟链的一致性,本文将整个CARRY4进位链作为单个延迟单元,同时延迟链的总延迟需要大于一个时钟周期,因此经过大量实验验证后用160个延迟单元串联组成完成的延迟链。为了降低设计的复杂度,本文将160位输入的编码器拆分为5个32位输入的编码器,相当于将延迟链拆分为五段分别统计,然后将所有的统计结果累加,大大简化了设计难度。实测结果表明,本系统通过FPAG实现的TDC测量精度可以达到63.3ps,测距系统的测距精度为0.95cm,测量误差为0.91cm。相比于市面上已经商用的激光测距仪,本文将TDC测量集成到了FPGA内部,省去了专用的TDC测量芯片,不仅提高了系统的测距精度和误差,还降低了系统硬件的复杂度,节约了硬件成本,能够非常灵活的移植到不同的平台中。