光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）是一种新兴的分布式光纤测量与传感技术,OFDR测量光纤中瑞利散射频移实现对温度、振动、应变等传感。由于OFDR分布式传感具备较高的传感灵敏度和空间分辨率,特别适合于二维应变传感和三维形状传感,这是传统分布式光纤传感难以实现的,其中,通过光纤在试件上密集排布实现二维应变传感,其在飞机蒙皮、工业设备等方面高密集监控场合有着重要应用潜力。通过OFDR测量多芯光纤中三个纤芯的应变分布可以重构多芯光纤的三维空间形状,其在机器人控制、医学内窥等领域也同样有着巨大的应用潜力。本文拟开展基于OFDR的二维应变传感和三维形状传感研究,主要开展工作如下:（一）提出了一种利用阿基米德螺旋线的光纤排布方式实现二维应变传感。因为阿基米德螺旋线有着径向半径和极角之间的简单关系,将一维信息中的应变变化量对应至二维坐标上,即形成二维应变信息。通过采用阿基米德螺旋的光纤排布,利用OFDR解调可实现不同应变载荷角的二维应变传感。（二）重点分析了基于光频域反射技术的形状传感原理,推导了描述空间曲线特征的Frenet-Serret方程,将背向瑞利散射光谱频率漂移量与弯曲半径联系起为本文后续实验和算法提供了理论基础。提出了一种基于Frenet标架的形状重构算法,在已知多芯光纤各个纤芯的应变情况下可以求出曲线表观曲率,对光纤弯曲方向求导可得曲线挠率,利用光纤起点位置的Frenet标架、曲率和挠率结合Frenet-Serret方程可以得到曲线各个位置的切向量,对曲线各个位置的切向量求积分即可得完成空间曲线重构。（三）搭建基于OFDR分布式形状传感实验系统,结合提出的形状传感算法,进行二维、三维形状的重构实验,并进行重构误差分析。提出了一种采用已知半径圆的形状重构,获取多芯光纤瑞利散射光谱频移与形状重构所需的应变标定系数,避免了额外标定过程带来标定系数偏差。通过空间分辨率和频谱细化因子的优化选择来实现曲率半径为1 m光纤形状的精准重构,并利用优化的空间分辨率和频谱细化因子实现了多种复杂三维形状的重构。