单模光纤在相位敏感光时域反射计中体现出较好的传感性能,但仍存在如下不足:（1）单模光纤的非线性阈值电平和反射光捕获率低,导致可注入的脉冲光功率低、采集到的瑞利散射光信号弱,限制了其传感距离;（2）单模光纤中只可以传播一种模式的光信号,受光纤介质不均匀和偏振态不匹配的影响大,无法补偿由噪声引起的振动峰突变。少模光纤是单模光纤与多模光纤的过渡光纤,其纤芯半径介于两者之间。在光纤传感领域,与单模光纤相比,少模光纤具有较高的非线性阈值电平,可以注入更高能量的探测脉冲,从而获得更强的瑞利后向散射光,增大传感距离。且少模光纤可传输多种模式的光,整合不同模式的信号可以减弱单种模式的光波由于噪声带来的影响。本文对两模光纤的振动传感特性进行分析,并针对φ-OTDR系统提出新的振动信号检测和识别算法,具体工作内容如下:（1）研究光纤的模式理论,推导少模光纤各模式的背向瑞利散射信号的功率分布。研究相位敏感光时域反射计的原理,推导相干探测技术和正交解调在系统中的优势,分析影响φ-OTDR系统性能的主要参数。（2）通过光子灯笼将不同模式的探测光注入两模光纤,同时采集与注入光模式相同的后向瑞利散射光,LP01和LP11a模式的光信号分别获得了2.99d B和2.85d B的平均信噪比。针对不同模式的光在光纤中传播速度不同,提出了为不同模式设置不同采样率的信号补偿方法,并整合了补偿后两种模式的信号,信噪比提高了约7.56d B。（3）将两模光纤当作有效面积较大的光纤使用,以准单模方式链接φ-OTDR系统,并在光纤上增加振动源的个数,通过实验验证了准单模操作下的两模光纤对多振动的传感性能。（4）采用幅度差分累加法判断振动信号位置的φ-OTDR系统存在所测频率范围受限、不同频率的振动信号需修改N值的问题。为克服这一问题,使用统计学中计算离散度的方法对后向瑞利散射干涉曲线进行处理,提高了振动峰检测的准确率和可测频率的范围。（5）研究了基于经验模态分解和神经网络结合的处理方式对振动信号进行识别。使用EMD算法对振动点的时域信号进行分解和特征提取,将提取到的特征值和信号的方差、极差输入到神经网络中进行训练,最终对40Hz振动信号的识别准确率达到了96.49%。