激光具有方向性强、单色性好、相干性好、测距精度高、亮度高等优点,被广泛地应用于切割、焊接、雷达和测量等领域。目前激光最实用、发展前景最好的领域是测量,为了弥补国内缺乏相位式大型三维测量仪器的空白,本文提出了具有毫米级测量精度、每秒实现百万次测量的相位式测距系统,通过非接触式测量对目标进行三维成像。论文主要对相位式信号处理算法进行研究,并利用Spartan6系列的FPGA实现算法的工程应用,搭建出一套可以对非合作目标进行三维立体成像的高精度相位式测距系统。本文主要的工作内容分为以下几个部分:1、设计相位式激光测距算法:根据设计指标,设计出具有毫米级测量精度、每秒实现百万次测量的相位式测距算法,为了同时保证测量精度和测量范围的要求,选择双频测尺进行距离测量,低频测尺的频率值选择2MHz,高频测尺的频率值选择107MHz。2、针对相位测距系统的测距精度受相位解算算法精度影响这一问题,选择一套符合设计指标的相位解算算法显得尤为重要。在相同的实验条件下,通过APFFT相位解算算法、基于希尔伯特变换的相位解算算法以及基于相位差法的相位解算算法这三种算法,选择出满足设计指标的基于相位差法的相位解算算法。3、考虑到相位测距板卡是基于FPGA+ARM架构,因此要完成数据传输需要相应的数据通信系统方案,除此之外,还需要实现FPGA端外挂芯片的配置。首先利用AD9959产生频率为2MHz、周期为1ms的低频测尺以及频率为107MHz、周期为1ms的高频测尺,其次利用ADS4225对两路采样信号进行采样,再次利用信号处理算法对采样信号进行相位解算,接着利用异步FIFO模块对相位值和转台数据进行同步,随后利用GPMC接口实现50Mbps的数据传输,然后数据被ARM板卡接收,之后利用千兆以太网实现ARM端与PC端的数据通信,最后在上位机交互平台显示实时的成像结果。4、整体系统的联调与测试:将相位式信号处理板卡和转台模块按照原理图连接起来,搭建出一套高精度相位式测距系统,并对测距系统进行单点测量和连续测量实验,通过大量的实验验证可知,相位式测距系统能够实现50m测量范围内精度在2mm之内的设计指标。