分布式光纤传感系统因为高灵敏度、大监测范围等诸多优点在如今的油气管道、通信线缆等基础设施的周界安防中得到普及。光纤传感仪主要由光学物理系统和数字信号处理系统两部分共同组成;第一个部分的光学物理系统负责获取外界扰动并转化成可探测的信号;第二个部分负责信号的分析与处理。这里信号处理部分起着举足轻重的作用,实际应用中光学物理系统中的许多缺陷能够通过数字信号处理系统进行修正。因此,本文将研究聚焦在光纤传感技术的信号处理方面。本文首先介绍了光纤传感系统的研究现状和相位解调技术的研究现状,通过对常见光纤干涉结构的实验对比,并提出了一种改进型的分布式双Mach-Zehnder干涉型光纤传感结构。基于以上传感结构,对双Mach-Zehnder系统的噪声特性和偏振衰落进行了建模和仿真。仿真结果验证了本文关于把偏振衰落当做可见度乘性噪声处理的假设;通过实验仿真比较了相位生成载波技术和传统3×3耦合器解调技术解调方法各自的优缺点。提出了基于椭圆拟合的3×3耦合器解调算法,针对偏振衰落对椭圆拟合结果进行了仿真,指出椭圆拟合的关键是如何准确获取椭圆的外部轮廓;通过对比小波分解重构方法和传统形态学去噪方法,提出了基于椭圆插值滤波的形态学偏振处理方法,设计了基于LabVIEW和MATLAB混合编程的数据采集模块、降噪处理模块、信号解调模块等各部分程序。最后,设计了光纤振动传感系统信号解调的实验,结合实验数据,证明了该方法的有效性,提高了信号解调的精度。