由于分布式光纤传感技术能实现大范围测量场中分布式信息的提取,故其在目前的信息测量领域中有着广泛的应用,如分布式应力传感器可用于堤坝、桥梁等大型公共设施的安全检测;分布式温度传感器可用于大型变压器、发电机组等的温度测量;分布式振动传感器可用于长距离、大范围输油管道泄漏检测及重要区域的防入侵报警系统中。本课题主要致力于基于φ-OTDR的高灵敏分布式光纤振动传感器的研究。论文的主要工作是以φ-OTDR分布式光纤传感系统理论研究为出发点,分析和探讨了如何实现高精度、高灵敏度和多点检测的φ-OTDR光纤振动传感系统。论文首先综述了基于不同原理的分布式光纤传感系统的理论模型及研究现状,阐述了研究φ-OTDR的分布式光纤传感系统的科学意义及发展状况。从后向瑞利散射现象出发,阐述了其发生机制,详细叙述了OTDR系统的工作原理,进而对φ-OTDR系统进行了理论分析,建立了其信号传输的数学模型,并重点讨论了几个φ-OTDR系统中的重要参数。其次,分析讨论了几种基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统的信号解调与提取方案,比较其优缺点,并提出了一种新型的基于信号二维矩阵傅里叶变换的振动信号解调方法;在此基础上,建立了基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感实验系统,通过仿真分析和实验验证,对比多种信号处理方法的结果,利用信号二维矩阵傅里叶变换的方法,实现了对多点振动信号位置和频率信息的同时提取,提高了系统信号处理效率;同时,在此方法的基础上,通过对信号的去噪处理,实现了对振动信号的高灵敏度检测。最后,初步探索了如何从光路上对φ-OTDR系统进行改进,通过在传感光纤中引入超弱光纤光栅(FBG)阵列,以进一步提高系统灵敏度的方法,并通过仿真进行了简单的论证。