随着我国高铁运输业的飞速发展，列车运行速度大幅提高，传统测速方法存在的缺点无法满足高速列车的精确测速，多普勒雷达测速传感器应运而生。它主要基于多普勒原理，利用DSP对采集到的多普勒信号进行谱估计计算，最终获得准确的列车运行速度。本文首先叙述了多普勒雷达测速原理，探讨测速系统在设计方面的存在的技术难题，确定多普勒雷达信号的处理为系统设计的难点。并根据我国对高速列车测速的要求，提出多普勒雷达测速传感器的技术指标和系统设计可行性方案。本文重点讨论多普勒雷达信号处理算法。研究和比较经典谱估计和现代谱估计两种不同的谱估计算法，确定选用AR参数模型的Burg谱估计算法作为信号处理的核心算法。然后用MATLAB对Burg算法进行仿真，分析其参数的选择对谱估计结果的影响，确定了参数的选择原则。同时，观察谱估计过程中出现的异常现象，分析其原因并提出相应的算法改进方法，并通过仿真进一步验证了改进算法效果。此外，本文也给出了算法实现的软件设计流程，并介绍各软件模块的功能。最后对测速系统进行基本的实验测试，分析实验结果。测试结果表明，本文选用的谱估计算法较好，整个系统基本满足指标要求，具有较强的可行性。