介绍了激光多普勒测速仪（LDV）的原理，分析影响LDV测量精度的因素，研究了激光多普勒海流计（LDCP）在海流和海洋微尺度湍流测量中应用的可行性，通过理论计算得到系统参数及校正系数。LDCP系统的探测性能经过野外实验的验证，结果证明了激光多普勒测速技术在海洋微尺度湍流中应用的可行性。

快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法，但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应，其处理精度偏低。为了提高检测精度，提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积窗在保证良好的旁瓣特性的同时也能保证主瓣不过宽，改进六谱线插值可有效抑制栏栅效应在参数估计过程中的负面影响，提高分析精度。为了避免解高次方程，提出三次B样条插值来拟合插值系数，并推导出改进六谱线插值的频率校正公式。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台，利用仿真数据和实测信号验证了本文算法在低信噪比环境下有较好的频率和速度测量精度。

基于自混合干涉效应的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)相干测量系统是一种极其灵敏的传感系统。相比于传统的激光测速技术, 自混合干涉具有光路自准直、无需额外光电探测器和混频器等优势, 使系统的结构更加紧凑；而且, 使用太赫兹波进行相干测量, 有望提升测速上限。本文采用 THz-QCL的自混合干涉技术, 研究了系统对于两独立运动目标物的非线性动力学响应特性, 给出了自混合信号的多普勒频谱, 并通过频谱分析, 获得了两目标物的运动速率及方向。研究结果证实了利用 THz-QCL自混合干涉系统对目标物进行运动传感的可行性, 为高速运动的多目标物测速提供了新的技术手段。

为了满足电缆生产过程中长度在线测量的需要, 设计了基于激光多普勒测速原理的电缆长度在线计米系统。阐述了激光多普勒测速基本原理, 设计了一种结构紧凑的双光束双散射型光路。提出了基于有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response, FIR)滤波器的滤波带自适应选择算法, 有效地滤掉基底信号和部分噪声, 减小了多普勒信号噪声的影响, 改善了信噪比; 利用能量重心校正技术进行频谱校正, 减小了系统的测量误差。搭建了实验装置, 进行了对比测量实验, 实验结果表明: 该系统能实时、准确的进行长度在线测量, 相对误差小于0.1%。

二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时，根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况，对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进，提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法，利用该方法，对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明: 改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好，能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势，提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率，有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹，为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。

为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要，提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容，利用快速傅里叶变换（FFT）算法得到信号的频谱，利用能量重心法对离散频谱进行校正，开发采样频率自适应算法，兼顾测量准确度与测量范围的要求，最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计，提高信号处理速度。经过实验验证，数据更新率达到2.4~24 kHz, 数据延迟时间为123~1230 μs，测量准确度优于8×10-4，测量稳定度优于2.5×10-7。

为了实现微流体流场中多点速度测量，提出基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计研究。理论分析基于双芯光子晶体光纤的相干特性和控制体特征。计算结果表明纤芯间距为7.4 μm，在控制体内可产生5 条干涉明纹，与实验结果保持一致。但由于噪声的存在，实验所得各级条纹的强度比值比理论计算结果小。增大纤芯间距，可增加控制体内的干涉条纹数量，从而提高速度测量精度。从双芯光子晶体光纤出射的光斑至相干过程的成像结果表明，速度计的工作距离约30 μm。分析基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量原理，并进行单点、两点和三点速度测试。单点测量时，粒子平均速度为0.980 m/s，相对不确定度为0.5%；两点测量时，粒子平均速度分别为1.761 m/s、1.769 m/s；三点测量时，粒子平均速度分别为2.106、2.084、2.097 m/s。实验结果表明，基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计可进行多点速度测量，而且具有探头微型化、系统简单的特点，因此可嵌入微系统进行流场的多点速度测量。

Doppler spectrum width, which relates to wind turbulence, is one of the essential parameters of coherent LIDAR. Using the Fourier transform theorem and the definition of correlation function, the power spectrum function in the stationary condition is deduced. The effects of pulse shape, pulse duration and the windowing are included. The spectrum width resulted from the turbulence is given under Kolmogorov turbulence model. Based on the power spectrum theory, the spectrum broadening by different pulse shapes and pulse durations are calculated. To validate the accuracy of the theory and usage in the retrieval of turbulence parameters, the numerical simulations of the echo signal are carried out in turbulence conditions. The statistics characteristics of the spectrum broadening from laser pulse shapes and durations are inverted and compared. The results show that the spectrum broadening varies greatly due to the selection of pulse shapes and pulse durations, and the numerical simulation is in accordance with the theory results.