惯性导航系统以其完全自主、不受外界干扰、隐蔽性好、可以同时输出载体位置、速度以及姿态等优点获得了广泛的应用。然而,纯惯性导航系统由于初始对准误差、惯性器件误差以及计算误差的存在,其定位误差随时间呈现发散趋势。激光多普勒测速技术具有测量精度高、动态响应快、测量范围大、测量线性度好等优点,是当今速度测试领域的重要发展方向,可用于速度-惯性组合导航系统。本文从实际应用的角度出发,对车载激光多普勒测速仪的原理、光路结构、信号处理进行了理论和实验研究,并进行了初步的车载激光测速仪与惯性测量单元的组合导航实验。由于纯惯性导航系统的定位误差随时间呈发散趋势,为提高载体自主导航精度,提出将激光测速仪与惯性测量单元组成组合导航系统,从光路结构、信号处理方法、应用领域三个方面回顾了激光多普勒测速技术的发展过程并介绍了国内外该领域的研究现状。阐述了由于光源与接收器间相对运动引起的光学多普勒效应的原理,以及激光多普勒自主测量车式载体速度的基本原理。对比直接光谱探测与光学外差探测技术,指出光学外差探测技术用于激光多普勒测量中的多普勒频率探测具有的优势,论述了基于光学外差技术的平衡探测原理。针对参考光结构光能利用率低、信噪比差的不足,提出了分光再利用光路结构,提高了激光测速系统的信噪比;针对双光束差动以及多点分层光路系统中多普勒频率受光源波长漂移影响的问题,提出了波长不敏感光路结构;针对高速测量时,经典激光测速系统多普勒频率太大以致难以或者无法测量的问题,提出了基于双纵模激光器的双探测器光路结构。讨论了多维速度测量方案以及速度方向辨别原理。在建立了激光多普勒信号模型的基础上,提出了用于激光多普勒信号处理的一体化解决方案。通过信号调理、多普勒频率解算、结果输出三个单元组成完整的信号处理方案。其中信号调理单元实现光电转换、电流电压转换、电压前置放大以及模拟数字量转换的功能;多普勒频率解算单元通过数字信号处理芯片,基于快速傅里叶变换、频谱细化、频率校正等技术实现快速准确的多普勒频率解算;信号输出单元通过有效性判据判别多普勒信号有效与否,并作出相应的输出。针对载体加速度较大时出现的非平稳激光多普勒信号,提出将希尔伯特-黄变换用于速度和加速度的解算,仿真表明通过总体经验模态分解以及瞬时频率,通过拟合可以解算出速度和加速度。系统、定量地分析了车载激光多普勒测速仪的误差源,并针对各种误差源提出了抑制或消除措施。在研究分析激光测速光路结构、信号处理方案、误差项及控制措施的基础上,研制出基于分光再利用光路结构的一维、二维车载激光多普勒测速仪工程样机。系统信号处理硬件实现通过DSP+FPGA+高速AD实现,其中AD负责激光多普勒信号的数模转换及量化,DSP负责核心的信号处理算法实现,FPGA作为DSP从AD转换芯片接收数据的缓存以及输出接口的数据发送。为评价所研制激光测速仪的性能,进行了实验室内的高精度转台实验。实验结果表明:所研制激光测速仪测量精度优于0.08%;测量线性度优于0.082%;测量速度下限为0.0678m/s。为评价车载激光测速仪用于实际路面车辆速度测量的动态测量可行性,进行了与GPS以及美国Beta laserMike公司高精度激光表面速度仪的对比测量实验。实验结果表明:所研制激光测速仪相较于GPS自主性好、数据更新频率高;相较于Beta laserMike测速仪具有信号丢失率低的优点,适合于实际路面上的车载自主速度测量。进行了普通柏油路、泥泞草地、大石子路上等不同路况下的车载速度测量实验,实验结果表明本文所研制激光测速仪可以适应不同表面性质路况的车载速度测量。开展了车载激光测速仪与惯性测量单元的组合导航实验。组合导航工作模式选择航迹推算。讨论了车载激光测速仪的比例因子及惯性测量单元安装差角的标定方法。采用一维激光测速仪,以差分GPS输出位置为基准,进行了多组车载导航实验,得到了较好的结果。建立了激光测速仪的测速误差模型以及捷联惯导航向角误差的简化模型。通过数值仿真结合实验测量位置误差反估出激光测速仪实际车载运行中的测量精度优于0.08%。