相位调制激光多普勒频移测量方法可以兼顾直接探测和相干探测两种频移测量方法的优势,具有良好的发展前景。然而由于相位调制多普勒频移测量方法问世较晚,在一些方面的研究尚不够完善,尤其是其动态测量范围较低,难以满足实际的测量需求。另外,正是因为对相位调制多普勒激光雷达的研究较少,针对此方法目前尚未有与之匹配的数据采集系统。基于此,本文主要开展了以下两项工作:一是以提高相位调制多普勒频移测量方法的动态范围为目的,提出一种新的信号处理方法,并验证了该方法的正确性;二是针对此信号处理方法设计了相对应的数据采集系统,对系统的硬件部分展开了设计,并通过实验验证了该系统能够满足设计要求。本文提出了“星迹图”矢量方法来测量相位调制信号光的多普勒频移,该方法利用相位调制信号的交流和直流分量中所有的鉴频参量在二维或三维坐标系的变化来实现频移测量,该方法不但具有相干探测测量精度高的优点,还兼顾直接探测结构简单、环境适应性强的优势,经分析,该方法可以将测量动态范围提高约10倍,并且通过实验证明了该方法的正确性和有效性。本文对相位调制多普勒激光雷达后端的数据采集系统同样展开了研究,主要从总体方案设计,硬件选型、FPGA逻辑设计和Labview应用程序开发等方面叙述了系统的设计与实现。FPGA是整个系统的核心控制器,利用AD器件完成信号的数据采集,选用USB2.0实现FPGA与上位机的实时传输控制,对系统各个模块器件进行了选型并采用相关设计开发软件进行了编程,通过对各个模块的硬件测试和软件仿真,最后对整个系统进行联调,验证了该系统符合相位调制多普勒激光雷达数据采集系统的要求。