相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive optical time-domain reflectometer,Φ-OTDR)作为新型的分布式光纤传感器,不仅具有抗电磁干扰、绝缘、耐腐蚀等常规光纤传感器的优点外,还具有定位精度高、传感距离长、可多点同时检测等优点,可被广泛应用于石油管线、电力电网的健康监测,以及国防边境线、核电站等重要设施的周界安防。然而Φ-OTDR系统在实际应用过程中存在较高漏警率和误警率的问题,主要影响因素包括系统内部器件噪声、光纤所处的不同环境中复杂的背景噪声、激光器频率漂移、光纤中存在的相干衰落和偏振衰落等。本文结合脉冲宽度对Φ-OTDR系统性能的影响机理,提出了脉宽复用Φ-OTDR的方法,并利用异步采样光路结构展开了降低脉宽复用Φ-OTDR中漏警和误警率的研究以及定位精度优化的研究。脉宽复用Φ-OTDR的方法是向传感光纤中注入多个宽度不同的光脉冲序列,将不同脉冲宽度光脉冲下采集到的背向瑞利散射数据视为不同的传感器的输出,最后采用多传感器信息融合算法来综合处理各传感器的报警情况。本文采用了异步采样的光路结构的Φ-OTDR,即将常规直接探测Φ-OTDR系统中宽度固定的光脉冲替换为宽度按一定规律变化的光脉冲序列。在脉宽复用Φ-OTDR系统中,不同脉冲宽度下采集的数据存在一定的相关性和差异性,通过充分挖掘不同脉冲宽度下数据的相关性和差异性,可以获得扰动信号更加丰富和全面的信息。实验中搭建了八路脉宽复用的Φ-OTDR,并验证了其可实现误警率和漏警率90%以上的下降。常规Φ-OTDR系统的定位精度由光脉冲宽度决定,并受到采集设备采样率的限制。而对于异步采样脉宽复用Φ-OTDR系统中存在多个脉冲宽度的情况,其定位精度不能由任意的脉冲宽度确定。因此,提出了利用多个定位区间呈现的包容或者交叉的关系来确定异步采样脉宽复用Φ-OTDR系统的定位精度。实验结果表明,异步采样脉宽复用Φ-OTDR系统的平均定位精度和光脉冲序列中最小脉冲宽度对应的定位精度水平相当,其中最小定位精度远优于平均水平。利用多个定位区间呈现的包含或者交叉的关系可以优化异步采样脉宽复用Φ-OTDR的定位精度。本文提出的异步采样脉宽复用Φ-OTDR系统的方案降低了系统中存在的高漏警和误警率,优化了脉宽复用系统中的定位精度,同时结构简单成本低。本方案为Φ-OTDR系统在实际应用中保持性能稳定和可靠提供了保障。