随着我国经济发展,对环境资源了需求日益增加。为能够适度开发河流湖泊等淡水资源,对水体流速这一重要水文数据的检测需求迅速增加。超声多普勒流速仪作为最新一代测量仪器凭借众多优点成为流速测量主力军。然而现有国内产品存在低流速测量精度低、工作环境要求严苛的不足,较欧美先进产品差距较大。针对这两个弱点,本文提出了提升超声频率、设计新的探头结构、优化数据处理算法三个改进措施,并依照改进措施设计制作了超声多普勒流速仪样机,验证改进措施的有效性。本文主要工作如下:首先,针对市场现有产品的不足提出改进措施,通过理论推导验证改进措施的可行性与有效性,为整体系统设计打下理论基础。其次,对系统使用的传感器进行对应模拟电路的设计与仿真。对于超声信号接收模块这一重点环节进行了完善的分析与论证。针对接收模块的电路噪声进行了定性定量的分析与讨论。为后续信号的采集与处理打下坚实的基础。然后,搭建测流系统的信号处理硬件平台。设计了以FPGA为核心,搭载了高速ADC采集模块、DDS信号发生模块与SDRAM数据缓存模块的硬件平台。对平台硬件电路与PCB布局布线的设计难点进行说明。对FPGA与各模块之间的逻辑接口进行设计,构建了传感器与数字信号处理之间的桥梁。最后,依据数学模型设计信号处理算法,并在FPGA平台上实现。完成了对回波信号的速度估计。在实验室环境下进行试验样机的测量后对测量误差的来源进行了分析。