本发明提供一种微波光子雷达探测装置及其探测方法，该装置包括信号调频模块、发射端、接收端、混频模块和信号处理模块；信号调频模块用于调制基带信号产生线性调频信号；线性调频信号包括第一线性调频信号和第二线性调频信号；第一线性调频信号的频率与基带信号的频率相同；第二线性调频信号的频率是基带信号的频率的三倍；混频模块用于将线性调频信号与回波信号混频，获得中频信号；中频信号的频率为回波延时乘以线性调频斜率加多普勒频移；信号处理模块用于处理中频信号，获得实时的多普勒频移；多普勒频移的正负代表径向速度方向。本发明通过设置双波段线性调频信号，相对于三段线性调频信号，简化了信号处理过程。