激光雷达微多普勒效应在目标探测、识别中由于测量精度高、抗干扰能力强等优点,具有广阔的应用前景。复合振动比单频振动更复杂,因此研究复合振动目标的特征提取与识别更具现实意义。本文首先建立了一套基于Michelson-Morley动态干涉仪的复合振动激光微多普勒效应的探测系统,开展了实验研究,采用时频域联合分析的方法对实验信号进行了分析。通过对多种时频分析方法的比较表明:采用重排谱图分布得到的时频图像具有较为理想的时频特性,该方法适合于复合振动目标微多普勒信号的分析,从所得的时频图中可以获取复合振动目标的某些特征。通过对单、双频振动目标的微多普勒实验结果的对比,证明了我们建立的实验系统和采用的时频分析方法获取目标复合振动频率是真实、可靠的。其次通过建立激光雷达微多普勒效应探测运动目标复合振动数学模型,利用MATLAB编程进行了复合振动激光微多普勒效应的仿真研究,对仿真信号进行基于重排谱图的时频分析。在与实验中目标各运动参数相同的条件下,用模型仿真了复合振动目标的微多普勒信号,并且与实验的结果有很好的符合。通过仿真结果与实验结果的对比研究,验证了提出的复合振动仿真模型的正确性。