基于相敏光时域反射计（Phase Sensitive Optical Time Domain Reflectometer,φ-OTDR）的光纤分布式传感系统是最常用的分布式光纤传感器（DOFS）之一。由于φ-OTDR基于相干瑞利背向散射并显示出对外部振动的高灵敏度,因此其感测距离可以达到数百公里,使其成为许多重要领域的强大工具。目前φ-OTDR系统通常采取单路径传感结构,需要指出的是,由于探测脉冲时域强度波动、激光相位噪声、探测器热噪声或随机干涉相消效应、偏振扰动等,使瑞利后向散射瑞利信号强度随机波动,并进而造成振动信号跳变和振动定位误判。因此,本文通过优化φ-OTDR传感系统中硬件结构及电信号处理算法,设计了基于φ-OTDR的双通道/单通道的振动检测及识别系统,分别实现了对高速公路上动态车辆振动信号和静态pencil-break的实时监测,并设计了多径信息融合算法（MIFA）及优化幅值差分累加（DAA）算法,以高系统的识别率。具体研究内容如下:（1）研究基于φ-OTDR的分布式光纤传感系统的基本原理及结构组成,推导相干探测技术和正交解调在系统中的优势。结合传感光纤中后向瑞利散射光的数学模型,分析了后向瑞利散射光相位和幅值与外部环境振动的关系,取了其相位或幅值,检测外界的振动信号。（2）分析φ-OTDR系统的性能并设计搭建了不同结构的传感系统,包括系统参数及关键器件的选取。（3）针对不同模式（或不同通道）的光在光纤中的传播速度不同,对来自两个通道的电信号通过略有不同的采样率进行数字化,目的是确保两组离散数据之间的空间匹配。对两个通道使用略有不同的采样率,以相等的空间间隔对两个通道的信号进行采样,确保两个数字化数据向量中具有相同索引的任何两个元素对应于相同的感测位置。（4）基于双通道传感方案,出了一种MIFA算法对振动信号进行处理,采用融合信号来减少干扰位置的误判概率。通过这些信号,可以得出在传感链路上是否存在振动。实验结果表明,MIFA能够分别识别pencil-break和移动的车辆所引起的振动,MIFA对k和N值的选择依赖性较小,且信噪比（SNR）大为改善。（5）通过仿真得到振动频率对幅值差分累加参数（k,N以及SNR）性能的影响,在可检测范围内推导出了特定振动频率信号对应的参数最优值（k,N）:最优分界点为特定频率对应的一个振动周期。针对不同频率的多振动信号,选取主频最小值对应的N值作为判别标准,降低多振动识别的误判概率。