本发明提供一种激光多普勒水流测速系统中的信号处理方法，包括：根据待测水流采样信号的频域特性，建立激光外差相干信号数学模型，用于表征采样信号与多普勒频率、噪声之间的数学关系；基于该数学模型，通过自适应功率谱减法对采样信号和采样噪声的功率谱密度数据进行功率谱减处理，消除噪声的频谱后获得信噪比提升后的功率谱密度数据；基于该数学模型，通过自适应高斯加权积分法将多段信噪比提升后的功率谱密度数据进行加权求和获得多普勒频率的重构数据，对重构数据进行曲线拟合处理，得到拟合后的多普勒频率的期望值，从而计算出水流的平均流速。本发明能够处理远距离激光多普勒水流测速系统中的微弱、非平稳信号，高效解算出精确的水流速度。