为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响，搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统，实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响，以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1 μs探测器死时间、1 ms采集时间下，分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换，从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明，随着光子计数率的增加，相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳，当接近饱和计数率时，在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量，谐波频率间距与光子计数率数值基本相等，受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。

对比总结了基于拉曼散射、布里渊散射与瑞利散射的三种主要DOFS技术的原理及特点，介绍了DOFS系统在输电线路舞动及雷击监测领域的国内外研究及应用现状；对基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动、雷击监测技术目前存在的不足进行了分析；指出分布式放大、光脉冲编码、多参量融合以及通感一体等关键技术将是该领域下一阶段的发展趋势与研究热点。

设计了一种融合相位敏感型光时域反射计（Φ‑OTDR）和马赫‑曾德尔干涉仪（MZI）的预应力钢筋混凝土管（PCCP）断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法，减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km，频率响应不低于20 kHz，空间定位误差在±2 m以内，具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力，为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。

利用自研的Φ‑OTDR系统，在福建省某海上风电场开展了演示验证，实现了对海风机机组的启动‑运行‑停机等不同工况下的状态分析与诊断，总结了不同工况下的振动特征及诊断依据；以及针对海底电缆的水流冲击、锚害拖拽、抵近船只航行等监测预警功能，总结了不同海缆状态下及周边环境感知目标事件特征。实测结果证明该方案能够在线监测海风机与海底电缆状态，并有效感知周围环境，为提升海上风电场运维水平提供了可靠的技术途径。

相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)传感系统具有高动态响应、高灵敏等特点，在大型工程结构健康监测领域具有巨大的应用潜力。而Φ-OTDR系统仪器化水平和工程应用很大程度上取决于数字信号处理(DSP)技术。本文对比分析了近年来Φ-OTDR系统在信号的量化、解调、抑噪以及模式识别上主要的数字信号处理方法和技术，并通过架空输电线路状态监测、埋地电缆外破预警两个应用实例，阐述了工程应用中数字信号处理与行业背景知识相结合的重要性和方法，并对Φ-OTDR系统中数字信号处理方法的发展现状和趋势进行了总结与展望。

设计并制作了一种高灵敏度且制作简单的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）微球与单模光纤复合的湿度传感器。该光纤湿度传感器由PMMA微球与单模光纤构成。由于在微球中形成了法布里-珀罗腔，当外界环境湿度升高时，PMMA微球吸收水分子体积膨胀，导致法布里-珀罗腔的腔长增长，使得传感器干涉光谱的波峰（谷）发生红移，从而实现湿度传感。对所制作传感器的湿度响应、稳定性和重复性等进行了实验研究，实验结果表明：在30%~80%湿度范围内，该湿度传感器的灵敏度达173.36 pm/%RH，波长漂移随相对湿度变化呈良好的线性关系，其线性度达0.992 26，且具有良好的稳定性和重复性。该PMMA微球与单模光纤复合的湿度传感器具有灵敏度高、结构简单、无需镀膜且易于制作的优点。

Time-of-Flight （ToF）成像是利用光在目标和相机之间的飞行时间来获取场景的深度信息，具有体积小、成本低、实时成像等优势。在散射环境中，由于散射介质对光的散射作用，ToF成像受到多径干扰的影响，深度测量误差较大，限制了ToF相机在散射场景中的应用。ToF透散射介质成像技术是校正因散射光引起的多径干扰效应，从传感器接收到的混叠信号中分离出目标分量，实现散射场景中的深度信息恢复，其在雾天自动驾驶、水下勘测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。依据ToF成像系统的不同，详细介绍了PL-ToF和CW-ToF成像的基本原理，阐述和分析了散射场景中ToF稳态成像和瞬态成像的机理和特点，分别回顾和总结了ToF稳态成像和瞬态成像的透散射介质成像研究现状，并介绍了ToF透散射介质成像的应用前景，最后依据现有ToF透散射介质成像技术的优缺点，对未来发展趋势进行了展望。