转速是描述旋转机械的运转性能的重要指标。转速测量能够准确、快速地反映某些机械目标的运动情况,如电机转速、频率等,被广泛应用在轮船、飞机及航空等领域。因此,设计合理的转速测量方案具有重要意义。通过涡旋光束相关理论研究的不断深入,不断拓展了涡旋光束多普勒频移的实验和工程应用,该转速测量方式的研究和发展,对于使用光学方式实现旋转目标探测的相关领域而言,是极具意义。本论文对旋转多普勒效应测速进行了文献调研和分析,介绍了旋转多普勒效应测速技术的基础理论,分析了目前该技术的优缺点。同时,针对多目标、复合运动目标的转速测量问题,提出了使用达曼光栅调控阵列涡旋结构光,将其与旋转多普勒效应相结合,实现同时对复杂目标的转速测量。主要研究内容如下:1.基于涡旋光干涉理论,研究了不同拓扑荷数的两束或多束拉盖尔-高斯涡旋光束干涉时,所形成的复杂光场的强度和相位分布。数值模拟了存在不同倾斜角度和离轴参数对涡旋光束干涉的影响,并利用改进的马赫曾德尔干涉光路,通过实验得到拓扑荷数等量异号的两束涡旋光束干涉后的光场分布。2.依据旋转多普勒效应测速技术的理论,推导了干涉后的涡旋光束经过旋转物体粗糙表面后的调制信号表达式。针对单一旋转目标的转速进行了理论模拟和实验测量,验证了该方法的可行性,还研究了不同粗糙表面对涡旋光多普勒测速技术的影响。3.提出了一种利用衍射光学元件产生阵列涡旋光束的方法,将该方法与旋转多普勒效应的转速测量技术相结合,发展了一种用于多运动目标同时进行转速测量方法。推导了达曼光栅作用下的阵列复合涡旋光束的光场分布表达式,并进行了相应的数值模拟,得到了不同转速下调制信号的变化曲线和相应的阵列频谱图。根据傅里叶变换求得的频移量,由旋转多普勒效应公式反推出旋转目标的转速,同时获取多运动目标的旋转信息,实现多运动目标转速测量。本文开展的研究工作可为涡旋光光场调控、旋转多普勒效应在多运动目标转速测量应用以及未来目标转速光学遥感测量,提供参考。