近些年,在环境监测、工程巡检、无人驾驶、军用测绘等领域,激光雷达的探测需求迅速增长,这些应用使得新一代激光雷达获得了广泛的关注。激光雷达主要分为测距模块和成像模块,本文设计的MEMS调频连续波激光雷达由微机电系统（MEMS）集成的微扫描镜成像模块和调频连续波（FMCW）激光测距模块组成。相比于传统的激光测量方法和扫描技术,整体系统基于远距离、高精度以及抗干扰强的FMCW激光测距技术和快速响应的MEMS微镜扫描技术,使得该体制的激光雷达在达到大范围、高精度测量的同时极大缩小了系统体积,提高了量产率,对激光雷达小型化发展具有积极意义。本文的主要研究内容如下:首先,对调频连续波激光测距技术的原理进行了公式推导和说明,详细分析了影响其测距精度、分辨率的因素,对MEMS调频连续波激光雷达总体系统结构进行了设计,阐述了地面和大气的背景辐射对探测器接收的影响并据此选择了1 550 nm波段激光光源。针对大范围、高精度的测量场景需求,进行了调频连续波激光雷达测量系统的设计和仿真搭建。依据锯齿波模型对线性调频信号的产生进行了模拟,分析了激光内、外调制方法的原理并据此选择了马赫-曾德尔调制器进行激光调制,完成了FMCW激光信号的产生。在激光传输特性的基础上推导了适用于大范围测量的激光雷达方程,通过联合仿真模拟验证了激光雷达方程在大气传输中的可行性。在对平衡相干探测技术原理计算和调频非线性校正的基础上搭建了双光路仿真系统,结果在420 m以内测量误差随着被测距离的增加而逐渐变大,但最大误差不超过1.26 m。在100 m以内相对测量精度快速增加,100 m之后相对测量精度趋于平缓,总体控制在0.32%之内,模拟验证了激光调制带宽越大,相对测量精度越高。其次,为了满足FMCW激光雷达的大角度探测需求,利用望远结构的原理设计出一种基于MEMS微扫描镜的FMCW激光雷达光学扫描系统。发射激光的中心波长为1 550 nm,此系统可以在激光工作波长为1 520 nm至1 570 nm的范围内将FMCW激光雷达发射光学系统的扫描角从±10°扩展到±28°,实现超过55°大角度扫描且发散度小于5×10-4rad。在100 m的目标距离处,当激光工作波长为1 520 nm、1 550 nm、1 570 nm时成像光斑的均方根半径（RMS radius）最大在7.1 cm以内,光斑最小仅为0.909 4 cm,该扫描系统可用于中心波长1 550 nm的FMCW激光雷达系统。