Faits: A. Par jugement du 7 novembre 2011, le Tribunal de police de l'arrondissement de la Broye et du Nord a reconnu X._ coupable de violation grave des règles de la circulation, conduite d'un véhicule défectueux, défaut de port de permis de conduire et défaut de port de permis de circulation. Il l'a condamné à une peine de 50 jours-amende, à 60 francs le jour, et à une amende de 420 francs, la peine privative de liberté de substitution étant de sept jours en cas de non-paiement fautif de l'amende. B. Saisie d'un appel de X._ qui contestait l'infraction de violation grave des règles de la circulation, la Cour d'appel pénale du Tribunal cantonal vaudois a confirmé la décision attaquée par jugement du 13 février 2012. Elle s'est fondée sur les principaux éléments de fait suivants. Le 3 septembre 2010, vers 20 heures, X._ circulait au guidon de sa moto Ducati zdm 600 M sur la route cantonale entre Lucens et Moudon. Deux gendarmes, occupés à la surveillance du trafic, ont eu leur attention attirée par la vive allure à laquelle il roulait et ils l'ont suivi. Alors qu'ils se trouvaient à une distance d'environ 200 mètres de la moto, ils ont enclenché l'appareil de contrôle dont était équipé leur véhicule - qui avait été calibré en dernier lieu le 2 août 2010 - et ils ont procédé à une mesure de la vitesse de X._ sur une distance de 3'234 mètres. Il en ressort que ce dernier a circulé en moyenne à 149 km/h, après déduction d'une marge de tolérance de 6%, alors que sur ce tronçon, la vitesse est limitée à 80 km/h. C. X._ forme un recours en matière pénale au Tribunal fédéral. Il conclut à ce qu'il soit libéré de l'infraction de violation grave des règles de la circulation et condamné à une amende pour les autres infractions retenues à sa charge. Subsidiairement, il conclut au renvoi de la cause à l'autorité cantonale. Il n'a pas été ordonné d'échange d'écritures.