本发明公开的超高速瞬态光子多普勒测速系统，属于激光干涉测速技术领域。本发明包括激光干涉测速、微波光子和数据采集与信号处理三部分。本发明将光子多普勒测速仪在提高时间分辨率的同时，降低数模转换技术的频限压力，提高普通光子多普勒测速系统动态范围。由于数模转换的采样时钟抖动引起的误差会因信号转换速率的下降而下降，本发明通过时间拉伸能减轻由采样时钟抖动引起的信噪比下降影响。本发明的微波光子处理部分中比例因子M只和两段色散光纤长度有关，不存在高阶非线性现象，能够有效抑制功率代价。本发民能够测量更高速度运动物体产生的多普勒频移信号，降低多普勒频移信号，并等比例提高时间分辨率。