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本文首先在介绍分布式光纤传感技术发展背景的基础上研究了布里渊光时域反射(BOTDR)技术,论述了布里渊散射特性与温度和应变的线性关系,分析了BOTDR系统温度和应变同时测量原理。在理论研究脉冲预泵浦多波长BOTDR系统的传感性能时,在外调制产生多波长光源的基础上分析了三波长系统受激布里渊(SBS)阈值及其散射谱的叠加特性。分析了脉冲预泵浦技术中阶梯脉冲的产生和阶梯脉冲在光纤中发生SBS作用的传感原理,对多波长阶梯脉冲在光纤中的耦合波方程进行了瞬态分析,仿真了不同参数的预泵浦脉冲产生的布里渊散射特性。对实验系统中下变频信号采集子系统进行了实验研究,在本振信号采用高本振时得到的传感性能优于采用低本振时的性能。在实验研究脉冲预泵浦多波长BOTDR系统时设计了本地外差检测和自外差检测两种系统,分别对这两种外差检测系统的检测原理及信噪比进行了分析。在预泵浦脉冲优化设计实验中通过对实验数据的处理和分析得到了最佳的预泵浦脉冲宽度和功率。温度测量实验中,传感光纤长度为9.7 km,在每波长入纤峰值功率为150 mW,室温为28.3°C的条件下对光纤末端100 m的范围内进行了50°C和70°C两个温度点的测量,得到了两种外差检测系统温度测量的布里渊散射信号三维功率谱及传感特性。实验结果表明,在外调制产生频率间隔为500 MHz的三波长外差检测阶梯脉冲优化实验中,在传感脉冲为8 ns时,预泵浦脉冲宽度为150 ns,传感脉冲与预泵浦脉冲峰值功率比为5.7时的传感性能为系统的最佳性能。在脉冲预泵浦多波长BOTDR温度测量系统实验中,本地外差检测系统在温度为50°C和70°C时不加温段的布里渊频移均值分别为10.8459 GHz和10.8463 GHz,频移波动分别为2.59 MHz和4.83 MHz;加温段的布里渊频移均值分别为10.8632GHz和10.8897 GHz,频移波动分别为1.38 MHz和2.71 MHz,解调出的温度分别为41.9°C和63.5°C。自外差检测系统在温度为50°C和70°C时不加温段的布里渊频移均值分别为10.8441 GHz和10.8431 GHz,频率波动分别为3.26 MHz和5.43 MHz;加温段的布里渊频移均值分别为10.8633 GHz和10.8896 GHz,频率波动分别为1.46 MHz和3.12 MHz,解调出的温度分别为43.7°C和64.5°C。由于在下变频信号采集子系统中信号通过带宽为5 MHz带通滤波器后再进行检波,使得系统空间分辨率受限,使实验测得的空间分辨率约为18 m。