分布式光纤传感技术相较于传统的电子传感技术和机械传感技术具有不可比拟的技术优势。基于该技术的光纤传感器不仅具有体积小,质量轻,可嵌入等特点,还具有较大的动态范围和较强的抗电磁干扰能力,能够在恶劣的环境或者测量精度要求较高的场合下应用,极具研究价值。其中,光频域反射技术(OFDR)作为分布式光纤传感技术中极具潜力的一种技术,凭借其较高的空间分辨率和灵敏度,已成为光纤传感领域内新兴的发展方向。它通过对光纤内瑞利散射的测量,能够实现对光纤的定位、测距功能,不仅如此,它还能够实现对外界物理参量的传感和待测对象的形状传感。目前,该技术已被广泛应用于土木工程、通信、石油化工和电力工业等重要领域的健康监测。本文通过对OFDR系统中背向瑞利散射光的传感机理、激光器调谐非线性效应及数据解调算法等进行理论研究,旨在解决现有OFDR分布式光纤传感技术中存在的空间分辨率和互相关的波长分辨率之间的矛盾以提升其传感性能。并在此基础上,提出一种传统的基于OFDR技术的分布式光纤形变传感器的替代方案,利用传感光纤不同的铺设方式完成对待测对象的二维形变传感。论文的整体结构安排如下:第一,简单介绍了OFDR技术的研究现状,指出了论文的研究目的和主要内容。第二,详细分析了OFDR系统的基础理论(瑞利散射产生机理、光外差探测技术及OFDR的工作原理)和影响该系统性能的主要因素。并介绍了两种补偿光源非线性扫频效应的方法,包括硬件补偿算法和软件补偿算法。第三,提出了两种OFDR信号的解调方案,包括相位解调算法和互相关解调算法。在互相关解调算法中,我们引入了频域补零和基于最小二乘法的高斯拟合来提高互相关的波长分辨率。并在MATLAB软件上对这两种解调算法进行设计,从空间分辨率和稳定性两方面对其进行比较,确定互相关解调算法为本文的信号解调方案。第四,分析和选择了OFDR系统的主要器件并对系统光路进行设计,完成了实验系统的搭建,并在LABVIEW开发平台上设计了系统相关软件,包括激光器扫频程序、触发数据采集程序和信号解调程序。第五,利用搭建的实验系统及设计的相关软件对提出的互相关的波长分辨率提升方法进行了实验验证,并进行了温度和应变的传感实验,建立了温度、应变与光谱偏移量之间的对应关系。在此基础上,提出了一种二维形状重建算法,通过将光纤以特殊结构进行排布并校准,完成了对钢板的二维形状传感。