微波频率测量是微波光子信号处理技术的重要分支之一。目前已经报道了很多基于光纤分立器件的微波光子频率测量系统,但还存在体积大、功耗大和成本高等缺点。近年来,微波光子集成技术异军突起,集成微波光子频率测量系统受到关注,但大测量范围和高测量精度之间的制约等问题仍有待解决。本文在理论和实验上研究了基于硅基集成马赫-曾德尔干涉滤波器的微波光子频率测量系统。本文首先介绍了微波光子频率测量的研究背景,并归纳总结了三种不同方法的基于微波光子微波频率测量方案。然后,提出了一种基于集成微环辅助马赫-曾德尔干涉仪芯片的光功率映射型微波光子频率测量系统。利用Labview程序设计了频率测量系统的自动控制软件,对微环辅助马赫-曾德尔干涉仪芯片的性能进行了测试和分析。由于微环辅助马赫-曾德尔干涉仪的两输出端光谱互补,获得了用于估计微波频率的高度线性幅度比较函数。通过实验证明了该系统可以实现频率范围为5GHz、均方根误差小于30MHz的高精度窄范围测量或范围为11GHz、均方根误差小于102MHz的宽范围低精度测量。为了进一步扩大测量范围,提出了一种多频段测量方案,在保持测量精度的同时提升了频率测量范围,达到了40GHz,并且频率测量的均方根误差小于37MHz。此外,基于非对称马赫-曾德尔干涉仪,本文设计了一种微波功率映射型频率测量系统。该系统的测量范围与测量精度可由不同的幅度比较函数表征。理论分析和仿真结果表明,该频率测量系统可以在扩大测量范围的同时,保持较高的测量精度。