微波是现代通信、导航、雷达与电子战等应用的主要信息载体,对其相位噪声与频率等参数的测量具有重要的应用与研究价值。随着微波系统不断向高频段扩展、新型微波源的各项性能快速提升,传统的电子学相位噪声和频率测量方法在测量带宽、测量准确度、测量速度、抗电磁干扰等方面正面临严峻挑战,难以满足宽频带、高质量微波信号的测量需求。微波光子技术以其瞬时带宽大、传输损耗低、抗电磁干扰等优势为高性能微波测量提供了新思路。以此为背景,本文围绕微波光子相位噪声与频率测量方法和系统,开展了以下三个方面的研究:微波光子正交鉴频相位噪声测量、微波光子宽带频率测量、微波光子相位噪声和频率一体化测量。在微波光子正交鉴频相位噪声测量方面,为简化校准以提升测量速度,提出正交鉴频相位噪声测量方法。分析了同相和正交（In-phase and Quadrature,I/Q）混频不平衡对正交鉴频法相位噪声测量准确度的影响,并提出基于可调延时的I/Q混频不平衡补偿方法;建立模型分析了正交鉴频法相位噪声测量灵敏度;为了扩展正交鉴频法的相位噪声测量带宽,构建并验证了三种微波光子正交鉴频相位噪声测量系统,它们应用不同的微波光子I/Q混频技术来突破微波I/Q混频器对正交鉴频相位噪声测量系统测量带宽的限制,使相位噪声测量带宽达到5-50 GHz;为了提升正交鉴频法相位噪声测量灵敏度,将正交鉴频法与光频梳技术相结合,利用光频梳相位噪声倍增机理将10 kHz频偏处的相位噪声测量灵敏度提升至-146.1 dBc/Hz。在微波光子宽带频率测量方面,首先针对单频测量,提出基于频率-相位斜率映射的频率测量方法。仿真分析了I/Q混频不平衡和量化噪声对该方法频率测量准确度的影响;基于频率-相位斜率映射法,构建了微波光子宽带频率测量系统,实现了5-67 GHz范围内误差低于500 MHz的频率测量。其次,为顺应雷达与电子战系统一体化发展趋势,从两方面改进了传统的扫频式超外差频率测量方法,一是通过共用线性调频信号源的方式将扫频式超外差频率测量系统与线性调频雷达系统相融合,二是将微波光子倍频与混频技术应用于一体化系统以提升频率测量范围和雷达测距分辨率;基于改进的扫频式超外差频率测量法,构建并验证了谱分复用和偏分复用微波光子测频与雷达一体化系统,实现了2.06 cm的雷达测距分辨率、四倍于初始线性调频信号带宽的频率测量带宽和37.6 MHz的频率测量分辨率。在微波光子相位噪声和频率一体化测量方面,提出通过共用I/Q混频器的方式实现正交鉴频法和频率-相位斜率映射法的融合,以达到相位噪声和频率一体化测量的目的。为了提升I/Q混频器的带宽,构建并验证了基于级联相位和偏振调制器的微波光子I/Q混频系统;在此基础上,构建了微波光子相位噪声和频率一体化测量系统,实验证明它能够在5-50 GHz范围内实现相位噪声和频率的准确测量。