激光雷达广泛地应用于非合作目标探测与风场探测等军民两用领域。而相干双频激光雷达是一种新体制的激光雷达,它的探测光波采用双频激光,使其具有空间分辨率高、测距精度高、测速精度高等特点,同时还可以使用成熟的微波雷达信号处理技术。本论文在“相位式激光测距法”的理论模型与分析方法上,分析了该相干双频激光雷达系统体制及其信号探测与处理方法,本论文的主要研究内容包括以下几个方面:1、研究了相位式相干双频激光雷达的高精度鉴相算法——全相位傅立叶变换(ap FFT),并分析且仿真了基于不同卷积窗函数的ap FFT,证明了ap FFT对频谱泄露的抑制能力;同时建立了在高斯白噪声背景下,使用ap FFT对信号相位估计的误差模型,以此分析了频率偏移量、信噪比、窗函数类型、采样点数等因素造成地相位估计误差;针对测速需求又提出了改进后的基于ap FFT谱分析的频率校正方法,分析了不同校正方法和不同卷积窗函数等因素造成地频率估计误差。2、使用了Xilinx公司基于模型设计的开发工具——System Generator完成了ap FFT的Simulink模型设计,并转换为寄存器传输级(RTL)的Verilog代码;将生成的Verilog代码部署到SP Device公司的ADQ14-2C采集卡上的现场可编程门阵列(FPGA)中,以此实现实时高精度相位提取。3、搭建了相干双频激光雷达实验原理样机系统。使用波长为1064nm的窄线宽光纤激光器作为原理样机系统的种子激光光源;并且通过“先声光移频后合束”的方式获得不同差频频率(200MHz、202MHz和200.04MHz)的连续双频激光,发射光学系统双频激光功率最大为50W;探测光信号光电探测器采用铟镓砷(In Ga As)可变增益雪崩光电探测器(APD),经模拟信号处理电路板混频、滤波、放大后接入ADQ14-2C采集卡完成数字信号处理算法。外场实验结果表明:原理样机系统在探测距离为250m的情况下,距离分辨率和速度分辨率分别可以达到0.1m和1m/s。