Можно и без несущей. Субнаносекундный импульс. И стробоскоп.
Выдаем несколько импульсов, каждый сдвинут на несколько пикосекунд (по нарастающей или убывающей) от "старта".
Период между стартами не меньше времени пробега сигнала "туда-сюда".
Детектор отраженного сигнала.
Можно использовать не очень скоростной АЦП (10-50МГц).
См.: подповерхностное зондирование, георадары и т.п.
Сантиметровую точность еще в конце 80-х получали. В элеваторах на МСК-ДСК-3 (и не только).