多普勒激光雷达可通过测量多普勒频移来获取运动目标的速度。随着科学技术的发展,多普勒激光雷达在大气科学、交通生活以及国防建设等很多领域得到了应用,且其可以实现对高速隐形轰炸机等高速目标速度的测量,这在军事建设上具有重要意义。本文主要以高速目标的速度测量作为研究背景进行研究,研究内容具体包括两部分:一是对目标散射特性的研究,二是对雷达鉴频系统的研究,这两部分都是激光雷达测量系统的子系统,分别为发射接收系统及鉴频系统,对两者的研究都是为实际应用中的激光雷达测量系统设计做技术储备。本文对目标散射特性的研究是通过对激光雷达散射截面(Laser Radar Cross Section,LRCS)进行仿真研究来实现的,仿真得到目标不同位置的散射特性。首先,对理想情况下的LRCS进行仿真研究,计算得到激光雷达回波信号的功率;其次,对加入激波情况下的LRCS进行了仿真研究,并观察加激波层后的目标LRCS的变化,观察气动光学中激波对激光雷达回波信号功率的影响,从而进一步确定实际应用中雷达系统的参数,如激光发射功率、发射天线增益等,为实际应用中多普勒激光雷达系统的参数设计奠定了基础。对于雷达鉴频系统的研究,本文主要包括对工作点的锁定研究以及对鉴频方法——相位调制方法的研究这两方面。在激光频率锁定方面,首先,介绍了使用配合型工作方式进行锁定的原理及应用,并详细阐述比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiaion,PID)控制模块;其次对实验光路进行改进,进行相应的实验实现PID的参数整定,观察最终的锁定效果并进行分析。在相位调制方法的理论研究方面,本文首先简单介绍了相位调制方法的原理以及鉴频过程,并分析了直流项在相位调制方法中的应用;其次,详细介绍了归一化振幅在相位调制方法中的应用,利用一倍频的同相分量和正交分量的归一化振幅与频移构成了三维曲线,并投影成二维曲线;最后,对这些方法进行了MATLAB理论仿真,并对仿真结果进行了对比分析,应用归一化振幅时的相位调制方法能够解决频移测量动态范围不足的问题。在相位调制方法的实验研究方面,首先,简单地介绍了实验所用到的装置以及基于LabVIEW软件的相关程序,并对实验光路进行了调整改进;其次,在有目标的情况下进行了多普勒频移的测量实验,测量其回波信号光,并比较了实验与理论仿真结果,验证了理论方法的可行性;最后,对十组频移测量数据进行了误差分析,分析结果表明,在实验能够测量的范围内,比较靠近理想工作点的位置,多普勒频移测量误差能够达到在1MHz左右,其他大部分区域能够保持在2MHz以内。