飞秒激光脉冲是指脉冲宽度为飞秒量级的激光脉冲,也被称为超短激光脉冲。近年来,飞秒激光在距离测量领域广泛应用。高更新速率的飞秒激光测距适用于激光雷达、卫星编队飞行和天基合成孔径成像等依赖高精度、高实时性距离测量的应用领域。在微小卫星平台等小尺寸低功耗场景的应用,使得飞秒激光测距系统向集成化的方向发展。与此同时,随着激光脉冲频率的提高,对测距系统数据处理平台提出了更高的要求。面向集成化的飞秒激光测距系统,本文设计实现了基于FPGA的数据处理平台,结合拟牛顿算法实现超短激光脉冲包络重构,更加准确地提取脉冲飞行时间间隔,达到提高系统测距精确度和实时性的目的。本文根据飞秒激光测距原理将硬件数据处理平台划分为七个功能模块,包括锁相环模块,动态阈值滤波模块,脉冲包络重构模块,重复频率测量模块,测距结果演算模块,卡尔曼滤波模块和通信接口模块。其中,重点研究超短激光脉冲包络重构的硬件实现方法,基于高斯函数拟合算法搭建了脉冲包络重构模块的硬件架构。本文提出了两种超短激光脉冲包络重构FPGA实现的硬件架构,基于Caruana算法及其改进算法的硬件架构与基于BFGS拟牛顿算法的硬件架构。其中,基于Caruana算法及其改进算法的硬件架构,计算复杂度低,计算速度快,便于在硬件平台上实现,但是以精度损失为代价,且通用性低。基于BFGS拟牛顿算法的硬件架构精度损失小,通用性好,可以用于不同的脉冲函数模型,但是计算复杂度高。通过并行计算、流水线技术和近似计算技术优化BFGS硬件架构设计,有效地改善了BFGS硬件架构在运算速度方面的不足。本文硬件设计通过Xilinx公司的EDA工具Vivado在FPGA开发板上综合实现。硬件设计的最高工作频率为250 MHz。应用本文设计的硬件数据处理平台,集成化的双光梳飞秒激光绝对距离测量系统能够在几十米的范围内实现微米级精度的绝对距离测量,测距结果的更新速率达到2 KHz。基于BFGS拟牛顿算法的硬件架构具有更小的精度损失,与基于Caruana算法的硬件架构相比,精度损失下降63.63%。距离数据精度提升的同时,满足精密测距系统高实时性测量的要求。