激光自混合干涉测量技术作为一门新兴的测量技术，以其非接触性、高灵敏度和高精密性的特点，在精密光学测量领域逐渐发挥优势；伴随光学技术、电子技术和计算机技术的发展，激光自混合干涉微位移测量技术正不断取得新的研究成果。以半导体激光器(LD)作为光源的自混合干涉系统具有结构紧凑、光路简单和成本相对较低等特点，本课题在此背景下研究LD自混合干涉微位移测量系统，建立自混合干涉机理模型，并进行仿真研究；对测量系统的温度控制模块进行研究，精确控制系统的温度，以减少温度给测量结果带来的误差；完成测量系统的硬件和软件设计，以实现微位移的数据处理和显示。首先在三镜F-P腔等效模型基础上，理论分析激光自混合干涉技术，利用MATLAB/Simulink对激光自混合干涉机理进行建模与仿真；通过模型仿真，在弱反馈、适度反馈和强反馈水平下得到不同的激光自混合干涉输出光功率信号；激光自混合干涉微位移测量系统是在适度反馈水平下进行设计研究的，重点研究在适度反馈水平下外腔反射物体的位移信号和输出光功率信号的关系，仿真得到在正弦波、三角波和锯齿波位移信号下的输出光功率信号；仿真结果和理论分析一致，从而验证激光自混合干涉机理模型的正确性。其次研究测量系统的温度控制模块，半导体激光器(LD)作为测量系统的光源，其温度的变化会给微位移测量结果带来误差，本文提出模糊Fuzzy-PID温度控制算法，对LD的温度进行控制；利用MATLAB/Simulink建立Fuzzy-PID温度控制系统的仿真模型，仿真验证模糊PID控制器的性能，以达到精确控制半导体激光器的温度的目的，从而减小温度对测量结果造成的误差。最后设计测量系统相应的硬件和软件，提出以FPGA为主控芯片的LD自混合干涉微位移测量系统的总体架构；系统的硬件电路主要包括LD调制电路、信号的放大和滤波电路、微分电路、AD转换电路，以及USB转串口电路；发挥FPGA对高频信号处理的优势，设计数据采集处理和串口通信的FPGA模块，并通过Quartus II软件对FPGA模块进行仿真验证；利用Visual Basic6.0开发平台，编写上位机数据处理和显示程序，实现下位机FPGA和上位机PC的串口通信，并对微位移数据进行处理和显示。对系统各模块进行仿真实验，仿真结果验证了系统的可行性和可靠性。