振动的测量与研究对工业生产实践以及日常生活具有重要意义。随着技术的进步，振动探测的研究方向朝着高精度、高分辨率、非接触的方向发展。激光多普勒测振技术是非接触测振方法中的重要研究方向之一。
首先本文介绍了现有的振动测量方法，并对激光多普勒测量技术的研究发展历程及技术现状进行综述。
本文提出改进的零差激光多普勒测振系统的设计与优化。将瞳面干涉技术引入激光多普勒测振，从而克服经典的干涉测振光路中复杂振动引起的探测光斑相对于探测器偏移的现象，抑制漂移引起的多普勒信号被调制的现象。通过倒置望远镜结构对光路系统实现扩束优化。通过仿真对简谐振动的多普勒信号进行分析，并通过音叉为振动源的测振实验对改进光路的性能加以验证。
设计信号调理电路实现对信号的电流电压转换、噪声滤除、信号放大及采集。设计实验利用斩波器调制光信号作为光源测试信号调理及采集部分的工作性能。
在多普勒信号处理环节，本文分析研究了多普勒信号的瞬时频率提取算法。本文概述了瞬时频率的基本概念，分别介绍了电子计数法、短时傅里叶变换方法和小波分析方法提取多普勒频率的原理。利用小波分析方法并通过对小波脊的提取求得瞬时频率，进而得到被测目标的振动速度。利用音叉振动实验中采集得到的信号进行振动速度的求解，验证算法的可行性。
为了验证激光多普勒测振系统的工作性能，本文以标准振动平台的振动为测量对象，磁电式速度传感器的测量结果作为参考，分别通过振动速度的测量实验和振动频率及振幅的测量实验对激光多普勒测振系统的工作性能进行测试，并对测量结果进行误差分析与比对。
最后本文利用测振系统进行轴承故障识别的应用研究。通过对测振系统采集的振动速度信号进行分析得到了不同故障类型的初步区分。通过小波包分解算法以及支持向量机算法进一步对轴承不同故障类型的振动信号加以区分，并对正常以及存在故障缺陷的轴承进行区分，验证了本课题设计实现的激光多普勒测振系统在轴承故障诊断应用中作为信号采集系统的可行性。