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激光探测作为一种高精度的测量技术,不管在军用还是民用领域都起着十分重要的作用。近年来随着人工智能、无人驾驶、目标识别跟踪等应用需求的增加,这使得对激光雷达全向扫描探测技术的研究越来越重要。目前激光雷达应用最广泛的大角度扫描方式是机械旋转式,它的优点是扫描方式简单、成本低、覆盖角度广,但是由于步进电机性能的限制,其耐用性不高且体积较大。本文针对360°全向激光探测的需求提出了一种非机械旋转式的多路径激光雷达架构,主要工作内容如下:首先对激光雷达基础理论进行了系统性的分析,包括激光探测的体制、激光在大气中的传输特性、目标的光学特性以及激光回波信号的统计特性,这些为后续的系统设计提供了理论支撑。然后提出了一种基于2D MEMS镜扫描的激光雷达扫描结构作为激光全向探测的解决方案。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号,6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。其中每个扫描子系统的扫描视场为60°×30°,包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射天线和一个大视场有增益的接收天线。由于MEMS器件每个轴的扫描角度范围为-10°到+10°,论文根据其特性设计了扩展扫描角的发射光学系统,将其对应的水平出射角扩展到了-30°到+30°,光学系统视场角为67°。文章详细地阐述了扩展扫描角度的原理,给出了光学系统的初始结构参数。通过添加优化函数,优化光学系统的发散度以及系统长度,并且给出了优化后的系统参数和系统的光学特性。本文还根据探测需求设计出了大视场有增益的接收光学系统,接收视场角为67°,详细阐述了设计以及优化流程,并且给出了光学系统参数以及系统光学特性。经软件仿真分析,视场角内的激光回波经过接收光学系统在探测器上所成的半像高为1mm,其光学增益为3.65,一定程度上满足设计需求。最后文章采用TDC-GPX芯片作为多通道信号时间测量的解决方案,该芯片在I工作模式下可最多对8个通道进行时间间隔测量,精度可达81ps,理论测距误差约为0.024m。文章采用FPGA芯片作为主控芯片,同时详细阐述了TDC-GPX芯片的初始化流程以及工作流程,并完成了功能仿真。