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在激光三维测量领域,当前国内仍主要以脉冲激光扫描方式为主,且没有相关国内厂商研发出基于人眼安全级别、每秒百万次、毫米级精度相位式激光扫描仪。在此背景下,论文提出了在采用人眼安全级别的1550nm波段激光器基础上,利用欠采样技术简化系统设计,提出了一种高速、高精度相位激光测距系统的设计方案。论文“高精度相位测距系统硬件研究与设计”的目的是在相位法激光测距的原理的基础上,设计出一种安全、快速、高精度的双频相位式激光测距硬件系统,试图对当前国内在相位式激光测距技术中对发射激光光强过强易伤人眼、测量速度较慢、雪崩光电二极管(APD)易受温度影响而导致的非线性等亟待解决的问题提供一种解决模式,使整体相位激光测距硬件系统实现高精度、每秒百万次点的快速测量,能够在航空航天、文物测量、精密仪器制造等领域得到更加广泛的应用。本课题所涉及成果与问题主要涵盖以下几个方面:1、针对人眼安全问题,论文中采用对人眼安全的1550nm激光波段,通过双频测尺同时调制来驱动1550nm半导体激光器,使激光发射功率达到了一级激光安全标准,这样可以有效提高相位式激光测距系统安全性。2、针对雪崩光电二极管(APD)的反向击穿电压易随温度变化引起的非线性特征而制约整体相位激光测距系统的测量精度问题,提出了一种新型的偏置电压温度补偿电路方案来对APD非线性特征进行补偿,可以有效减小APD非线性响应引起的最终测相误差,提高相位激光测距的测距精度。3、针对激光参考和回波信号过于微弱的问题,论文中设计了基于APD的直接探测技术的接收系统,对激光微弱回波信号进行了低噪声前置放大、功率放大、滤波、自动增益调理等处理,实现了相位测距系统对微弱激光信号的有效提取。4、针对传统相位测距系统测量速度过慢问题,论文中设计了FPGA+ARM的高速信号处理板卡。在低频和高频测尺同时调制测量的方案基础上,通过利用双通道高速ADC对激光参考和回波信息进行同步采样,可以有效对两个测尺进行同步接收与处理,提高了整体相位激光测距系统的测量速度和算法解算速度。最后,论文对课题研究的几个关键性技术进行了相关验证性实验。在实验室进了6m范围内的距离测量验证性实验,实现了1550nm激光器发射功率1级激光安全,1,000,000点/秒的测量速度,系统测距精度在95%置信区间内小于1.9mm指标。