本发明的基于结构光场的三维矢量速度测量系统及测量方法涉及激光多维测速技术领域，目的是为了克服现有技术中对三维矢量速度的测量较为复杂且精度不高，以及实时性较差的问题，系统中的激光器发射出射激光通过空间光调制器进行多阶角动量复合调制生成调制信号，然后再照射待探测的运动目标生成回波信号；接收光学系统调节回波信号后使其穿过单向反射玻璃的背面加载至阵列探测器；且使得本振信号对准回波结构光场中心的径向多普勒效应光斑；阵列探测器探测四个横向多普勒效应光斑区域、以及径向多普勒效应光斑与本振信号的叠加区域，得到对应的每个时刻的总光强；并通过三维矢量速度解算模块根据每个时刻的总光强解算出运动目标的三维矢量速度。