本申请涉及一种光脉冲信号处理系统。通过待测信号光源产生待测信号光脉冲，传输至柱面透镜，通过柱面透镜将待测信号光脉冲转化为具有空间角度啁啾的待测信号光脉冲，输出具有空间角度啁啾的待测信号光脉冲以不同角度入射至长镜对，通过长镜对将不同入射角度入射的待测信号光脉冲，以镜间反射的方式对待测信号光脉冲进行延迟处理，输出相应重复频率的待测信号光脉冲簇至合束镜，通过合束镜将待测信号光脉冲簇与参考光脉冲簇进行合束，使得光信号分析装置对合束后的光脉冲簇进行分析。相较于传统的处理方法，本方案可以通过多个处理设备的共同作用，实现对光脉冲信号的处理，提高了光脉冲信号处理系统的测量能力。