本发明公开了一种基于单台双梳飞秒激光器的非合作目标测距系统，包括单台双梳飞秒激光器，还包括滤波装置、第一准直器、第一半波片、第一偏振分束棱镜、第二半波片、第二偏振分束棱镜、镀银反射镜、雪崩光电探测器、数据采集装置、计算机、频率计数器、放大及滤波装置、偏振控制器、光纤偏振分束器、第二准直器、第三半波片、第三准直器、施卡望远镜、第三偏振分束棱镜和第四半波片；该测距系统可以省去传统双飞秒激光器在线性异步采样系统中复杂的锁相装置，通过大口径望远镜接收微弱的目标漫反射回光，提高干涉信号信噪比进而提高测量精度，同时避免了非线性异步采样中由于弱回光信号导致的测量误差。