激光雷达测距系统是现代探测领域中不可缺少的重要组成部分。随着激光雷达测距技术的飞速发展,对激光雷达测距系统的测量精度、待测物体特征量需求和现场级测量等多方面的要求越来越高,传统分析回波信号信息的方法在性能、速率、精度、体积等方面的无法满足要求。高速数据采集系统具有输出信号能被计算机系统识别和处理、可以获取大量的原始动态信息等特点,满足激光雷达测距系统的需求。因此,本文提出了一种基于高速数据采集系统的小型化、低功耗、低成本的激光雷达回波信号的实时数据采集系统设计方案和实现方法,采用片上系统实现激光雷达回波信号数据采集与上位机的通信。本文设计的激光雷达回波信号的实时数据采集系统,结合短时激光脉冲特点,采用高速数据直接采集法获取激光雷达回波信号,提出基于ADC、FPGA及STM32组合的片上系统设计方案,选定适用芯片后运用Altium Designer软件绘制芯片外围电路原理图和系统硬件PCB板;采用高性价比的ADC实现模数高速转换;采用高速、高集成度、设计灵活的FPGA实现ADC芯片功能配置与基于FIFO的数据传输与缓存功能,并利用Modelsim SE软件进行仿真验证;采用低功耗、性能优越的STM32实现系统数据传输控制和上位机通信。设计两组实验对系统可行性、稳定性、实用性及测量精度进行检测,该系统可以实现500Msps采样率、8bit分辨率和2048bit存储深度的系统设计要求,并为采样率提升至1Gsps、存储深度提升至2Gbit提供了可行性方案,最终达到了对短时脉冲激光雷达回波信号的实时高速数据采集的目的。