本申请公开一种超高精度地下空洞结构探测系统、方法及相关设备，涉及微波光子技术领域，所述系统包括：地上发射模块，地上发射模块用于产生光边带信号，并通过分路操作将所述光边带信号分为发射光信号和本振光信号；地下发射模块，地下发射模块用于将发射光信号通过拍频转换为电信号，并将电信号进行放大，得到放大电信号，放大电信号通过天线进行发射；地下接收模块，地下接收模块用于获取电磁波信号，将电磁波信号放大并调制到本振光信号，得到调制信号，电磁波信号由放大电信号经目标反射后得到；地上接收模块，地上接收模块用于将调制信号进行去斜接收处理、滤波处理和信号处理，得到目标信号。