基于瑞利散射的光纤传感技术具有连续分布式、抗电磁干扰、测量距离长、测量精度高等诸多优点,在一些长距离、高危险的结构健康监测领域中有着广阔的应用前景,如实现对隧道交通、高压输电线路、海底光缆、大型土木工程等的健康监测。光时域反射技术（Optical Time Domain Reflectometer,OTDR）是一种重要的基于瑞利散射的光纤传感技术,它还具有单端接入的优点,是最成功的光纤链路无损诊断工具之一。随着信息化技术的发展,人们对传感距离的要求越来越高,如对海底光缆的健康监测,就需要实现长达几百千米的传感长度,较短的传感距离严重制约了 OTDR的发展。因此,人们在OTDR的基础上发展出了相干光时域反射技术（Coherent-OTDR,COTDR）。COTDR技术相比于OTDR技术具有更高的空间分辨率和更大的动态测量范围,适用于长距离传感。目前,国内对COTDR的研究主要在实验室平台上,极少有规范的组装形式以及配套机箱,而少有的性能较好的COTDR产品也都是由国外的公司生产的,在涉及机密的场所根本无法使用,这严重制约了 COTDR在实际传感场景中的应用。针对以上光时域反射技术的问题,我们对COTDR技术进行了深入的研究,实现了完整的COTDR系统并配备了相应的机箱与软件。本文实现的COTDR系统的设计工作包括光路、电路、软件和机械四个方面。光路部分引入了连续扫频的方式,在抑制了相干衰落噪声的同时,还大大节约了 COTDR系统一次测量的时间,使得COTDR更适用于实际测量应用;考虑到扫频可能带来的激光器功率波动,我们采用恒功率掺饵光纤放大器对功率进行恒定。电路部分,我们专门设计了体积较小的信号调理电路板和单片机控制电路板,便于集成,信号调理电路中的可变增益放大器可以将模拟信号放大至采集卡最大量程,单片机控制电路可以设置可变增益放大器的增益大小。软件部分,我们为COTDR机箱编写了配套的上位机软件,通过简单的软件操作,使用者就可以完成对光纤沿线事件的监测。我们用专业的机械结构设计软件Solid works设计了 COTDR机箱,该机箱可放置于标准的4U机柜中。完整设计并搭建好COTDR系统后,我们对系统的性能进行了实验验证。在实验室实验中,实现了 32dB的测量动态范围,100m的空间分辨率,可对0.2dB的衰减事件进行识别。另外,我们还携带组装后的整机在外场分别进行了单跨和多跨测试。单跨实验中,实现了 33.5dB的测量动态范围,可达到165km的测量距离;多跨实验实现了 500km的测量距离,且还有较大的提升空间。实验结果表明本文设计COTDR系统具有良好的性能,具有较大动态范围和较高的空间分辨率,防腐蚀、电磁屏蔽的标准机箱也提高了系统的稳定性与便携性。本文设计的COTDR仪器可实现对500km超长通信光缆的监测,弥补了国产COTDR机器在此类应用中的空缺,对国产化COTDR仪器的研发提供一种可行的解决方案。