多普勒频移（DFS）是雷达所发射的发射信号频率与雷达所接收的回波信号的频率之差。它是由被测物体与雷达的相对运动所产生的,携带了被测物体的速度和运动方向等参数,是雷达测量系统中的重要参数之一。随着信息化时代的到来和发展,如何快速并准确的获取信息成为了重中之重,多普勒频移测量成为了近年来的研究热点。通过测量多普勒频移即可以快速获取移动对象的速度和方向,因此多普勒频移测量在医学,智能驾驶,电子战和通讯系统等诸多领域都有着非常重要的运用,在医学中通过测量多普勒频移进而测量血液流速等,在电子战中具有预警,侦察等作用。除此之外,如何确定回波信号的方向从而确定被测物体的方位也成为了关键,通过测量回波信号的到达角（AOA）可以精确地辨别被测物体的方向。然而传统电子测量系统由于受到测量带宽小,抗电磁干扰性弱,设备体积大,成本高等电子瓶颈的制约,已经无法满足需求了。而随着一门交叉学科——微波光子学的诞生和快速发展,相比较传统的电学系统具有频带宽,抗电磁干扰性强,体积小,成本低等优点,微波光子学为多普勒频移和到达角的测量开辟了新的道路。本文首先介绍了测量多普勒频移和到达角的意义,研究背景及现状,并对已提出的测量方案进行了分类和比较。此外,对本文所应用到的调制器件和光电探测器件进行了详细介绍和分析,为接下来所提出的测量系统做好理论基础。本文共提出两个基于微波光子学的多普勒频移测量方案和一个基于微波光子学的多普勒频移和到达角测量方案。首先提出了基于级联相位调制器的DFS测量方案,为了方便测量DFS的方向,我们设合成信号频率是发射信号频率与参考信号频率之和。将合成信号输入到第一个相位调制器中进行调制,其输出的光信号作为载波输入到第二个相位调制器中被回波信号调制。输出的光信号输入到低频光电探测器中进行拍频,通过低通滤波器。将所得到峰值频率减去参考信号频率,即可得到DFS,其中符号代表方向。随后对该方案进行了原理分析和公式推导,并通过Optisystem仿真验证了该系统的可行性。该系统具有成本低,结构简单,易于集成等优点。由于使用级联相位调制测量,第二个相位调制器输出的光信号具有四组正负一阶边带,需要使用低通滤波器进行滤波后观察。随后提出利用双并行马赫曾德尔调制器（DPMZM）测量方案。将合成信号和回波信号同时输入到DPMZM的两个射频输入端中进行调制,DPMZM输出的光信号输入到光电探测器中进行拍频。通过频谱分析仪将所观察到的峰值频率减去参考信号频率即可得到DFS,其中符号代表方向。对该方案进行公式推导和实验验证,实现了发射信号的频率在1GHz到25GHz之间时DFS的实时测量,测量误差在±0.8Hz以内。进行误差分析后,发现时间,发射信号频率和参考信号频率均不会影响测量误差。该系统成本低,结构简单,测量精度高,易于集成并具有良好的稳定性。最后提出了基于微波光子学的DFS和AOA测量系统,该系统使用了一个马赫曾德尔调制器（MZM）和一个双驱动马赫曾德尔调制器（DDMZM）。由于回波信号具有到达角,两个平行的雷达所接收的回波信号具有频率差,通过测量两回波信号的频率差即可计算出到达角。将两回波信号输入到DDMZM的两个射频输入端中调制,合成信号输入到MZM中调制。两个调制器输出的光信号合并后,通过光电探测器进行拍频。将所得到的电信号输入到频谱分析仪中进行观测,将所观察到的峰值频率减去参考信号频率可以得出DFS,峰值的功率通过计算可以得出AOA。随后我们对该系统进行了公式计算和仿真验证,验证了DFS和AOA的同时测量并绘制了峰值功率与AOA的归一化曲线。该系统能同时测量DFS和AOA,并具有测量带宽大,易于集成等优点。