分布式光纤传感技术是一种利用光纤作为传感单元和敏感介质的传感技术。分布式光纤传感具有抗腐蚀性强、结构灵活可变、灵敏度高、可分布式测量等特点,可以对温度、应力、频响、湿度等物理量进行监测。分布式光纤传感技术已经广泛应用于机场、核电站等重点场所周界入侵监测,铁路运行状态监测,基础设施结构健康监测,长距离管道监测,输电线路监测等,具有非要重要的应用价值,为监测领域提供了新的方案,已成为一颗冉冉升起的新星。φ-OTDR是分布式光纤传感技术的一个重要分支,凭借其监测距离远,频率响应范围大,灵敏度高等特点越来越受到人们的关注,成为当前的一个热点研究方向。φ-OTDR系统主要分为两类:分布式振动传感（DVS）和分布式声波传感（DAS）。当前,一方面φ-OTDR系统受到奈奎斯特采样定理限制,其探测最大频率仅为重复频率的一半,而重复频率又与传感距离有关,随着传感距离的增加,系统探测频率逐渐降低,限制了 φ-OTDR系统在长距离的应用。另一方面,由于φ-OTDR系统使用高相干性的窄线宽光源,后向瑞利散射光会在脉冲内发生干涉,从而会使后向瑞利散射光在干涉叠加过程中后向瑞利散射光光强接近于零,造成相干衰落,使φ-OTDR系统在监测过程中无法正确解调信号相位信息,出现误报警的情况。在前人的基础上,本论文针对这两个问题进行了研究,提出了基于时分复用技术和频分复用技术的两种φ-OTDR系统结构,提高φ-OTDR系统的应用性。本论文主要工作如下:（1）本文介绍了分布式光纤传感的研究背景和意义,概述了分布式光纤传感主要分类。总结当前φ-OTDR系统的研究进展。对φ-OTDR系统的原理和主要性能参数进行全面介绍,奠定了本文的研究基础。（2）本文提出并实验验证了一种基于时分复用的具有灵活频率响应的长距离φ-OTDR系统。通过以时分复用的方式重新配置系统布局,将后向瑞利散射信号以分段的方式进行处理,只添加额外的掺铒光纤放大器,而不是任何其他复杂的信号放大或脉冲,可以实现长距离、高频率响应的振动传感调制机制。通过时分复用重构,使φ-OTDR系统中传感距离和振动频率响应之间的权衡得到了很大缓解。与传统的系统布局相比,该系统允许每个传感光纤段具有灵活的频率响应,而不存在任何串扰。在实验中,该系统在60 km的传感距离上实现了高达4.5 kHz的频率响应。此外,通过在52 km长的光纤末端成功识别到频率高达20 kHz的振动事件,进一步验证了时分复用系统的频率响应灵活性。（3）本文提出一种基于频分复用的φ-OTDR系统,实际搭建了系统样机。设计了 φ-OTDR系统的I/Q正交相位解调方法,分析了后向瑞利散射光强对于相位解调的影响。该系统使用一个声光调制器生成两个探测频率（130MHz和150 MHz）,在不同频率下系统有不同的后向瑞利散射强度曲线,根据这一特性进行相位解调设计。通过设定后向瑞利散射振幅阈值,可以灵活选择后向瑞利散射强度曲线进行信号解调。实验结果表明该系统可以有效降低相干衰落概率,并且该系统不改变传统φ-OTDR系统结构,成本较低,不影响测量带宽,具有一定的应用潜力。本文提出的基于时分复用的φ-OTDR系统和基于频分复用的φ-OTDR系统结构简单,可以灵活多变,有利于φ-OTDR系统的实际应用,为今后长距离、高频响的分布式光纤传感系统应用奠定了重要基础。