分布式光纤传感器,即使用光纤作为传感介质,用于静态应变,温度,压力和动态振动测量,其抗电磁干扰,耐腐蚀,电绝缘性,安全性高,良好的隐蔽性,低成本等特点,已证明优于其他现有类型的传感器,因此对各种实际应用场景显现出相当大的潜力。在各种光纤传感器中,基于相位敏感光时域反射计Φ-OTDR(Phase Optical Time-Domain Reflectormeter)的传感器系统由于其高灵敏度,大动态范围,完全分布,作为动态振动传感器引起了更多的关注。为实现更好的传感系统性能,本文开展了基于相位敏感光时域反射计的信号处理和实际工程运用的研究,对分布式光纤传感中的OTDR(Optical Time-Domain Reflectormeter)和干涉仪技术进行原理和应用方面的介绍,并重点分析了相位解调型Φ-OTDR技术原理和系统主要性能指标。相位载波解调PGC(Phase Generated Carrier)技术和3×3耦合器解调技术的特点及解调性能进行分析和比较,并提出一种新型的解调结构,结合PGC解调算法和3×3耦合器解决了PGC解调技术中因光传输延迟导致载波信号和扰动信号之间产生时间延迟的问题。同时,为了进一步提高系统信噪比与稳定性,比较了在有时延条件下,微分交叉DCM(Differential and Cross Multiplying)算法和反正切Atan(Arctangent)算法对该新型结构和传统结构解调效果影响,并分析了时延和不同线宽激光器对解调的影响。结果表明,新型干涉解调结构结合反正切解调算法有更好的解调准确度和稳定性且不受时延影响;相比1MHz线宽激光器,3k Hz线宽激光器能得到更高的信噪比。另外,分析Φ-OTDR传感系统中主要光学器件以及性能,并提出了一种全程敏感的Φ-OTDR传感结构,解决由于高功率激光脉冲的入射使得光电探测器产生饱和现象而导致光纤前端振动传感不敏感,且低功率又满足不了远距离检测需求的问题。实验结果表明,该新型传感结构可以在40km的传感距离内实现振动信号全程敏感。分析小波阈值去噪、小波能量谱提取特征算法和向量机分类算法三种信号处理方式,并提出利用这三种算法对Φ-OTDR传感系统采集到的三种现场施工振动事件信号进行预处理和特征提取分类。实验结果证明,结合本文提供的地下电缆入侵警告系统方案,分类平均准确率可达98.3%,并且该信号处理实验为后续的信号模式识别提供了参考,研究成果也加速了光纤传感在预警安防领域实用化的发展。