针对脉冲光布里渊散射谱在用传统的洛伦兹曲线拟合时存在较大拟合误差的问题，通过理论分析推导出了脉冲光的光纤布里渊散射谱函数表达式。采用布里渊光时域反射（BOTDR）系统对一段3000 m长光纤的布里渊散射谱进行测量，对测得的不同脉冲宽度下的光纤布里渊散射谱分别采用洛伦兹函数和本文推导的函数进行拟合。结果表明：随着入射脉冲光的脉冲宽度变窄，采用推导的光纤布里渊散射谱函数能够有效提高BOTDR系统布里渊散射谱的拟合精度。

为了利用分布式光纤振动传感技术进行光纤复合海底电缆(简称为海缆)锚害故障检测，开展了海缆运行现场的锚害试验。用550吨的货船和1 000 kg的船锚模拟了锚砸和拖曳事件，用基于相位敏感光时域反射计(Ф-OTDＲ)技术的分布式光纤振动传感设备对3.3 km三芯海缆内的光纤进行了实时监测，获得了海面平静、锚砸和船锚拖曳3种情况下，光纤振动信号的能量和快速傅里叶变换幅度谱在时间和空间上的分布数据，并对其进行了分析。结果表明，海面平静时能量和幅度都很小，锚砸时能量和幅度会产生短时上升且频率成分丰富，船锚拖曳时能产生较长时间的能量和幅度上升，但频率成分较锚砸少。分布式光纤振动传感技术可有效检测锚害故障。

为了获取三芯光纤复合海底电缆超负荷运行时的温度变化情况，分别建立了三芯海缆陆地段与海底段的有限元模型。通过ANSYSY软件稳态仿真验证了所建模型进行超负荷运行的可行性。将120%、140%、160%、180% 和200%的载流量分别施加到陆地段和海底段海缆模型上，陆地段比海底段先达到海缆最高工作温度90 ℃，并给出了不同负荷运行情况下的应急时间。超负荷值较低时，海底段海缆应急时间大于陆地段应急时间，且应急时间随超负荷值的增大逐渐逼近。该结论为利用光纤传感监测海缆过负荷运行提供了参考。

为了研究波浪力作用下海缆的动力学特性，建立了波浪力作用下海缆的三维有限元模型。首先利用SOLID185单元和pipe59单元建立了海缆模型，设置波浪力及海流速度；对该模型进行仿真计算，并对仿真结果进行数据提取，获得了海缆各层结构的位移、应力应变及光单元加速度等数据。通过对数据进行处理，得到波浪高0.1 m、周期为1 s、海流速为2 m/s的条件下，光单元振动频率约为50 Hz，为利用分布式光纤振动传感技术监测海缆的工作状态提供了理论参考。

为获取海缆敷设过程中拉力作用下各层的机械特性, 利用有限元方法建立了海缆拉伸模型。合并了机械特性相近的绝缘内外层屏蔽和阻水带, 忽略了厚度和强度小的外被层, 得到单芯光纤复合海底电缆的几何模型; 利用等结构钢体保证了拉伸时海缆层间的位移同步; 模拟实际敷设工程, 对海缆施加分段力载荷; 最后求解得到了海缆各层的应力、应变和塑性应变等力学数据。结果表明, 海缆敷设过程中各层结构的应力和应变值随受力的增加而增大, 铜导体先达到屈服状态; 求解数据为海缆敷设工作提供了参考。

为了获取三芯光纤复合海底电缆发生接地故障时的电热特性, 利用电热耦合有限元法建立了单相接地故障的有限元模型。在海缆绝缘层建立一个贯穿铜导体与铅合金护套的击穿电阻模拟接地故障, 选用SOLID69、SOLID90单元仿真海缆导体层及非导体层, 采用智能划分和扫掠划分相结合的方式对建立的海缆模型进行网格划分, 通过仿真分析获得故障电流分布和缆体温度分布。结果表明, 海缆在发生接地故障时主要表现为铜导体温度上升, 故障发生后, 填充层内的光单元温度也随之上升, 并可根据光单元温度的最高点对故障进行定位, 为利用分布式光纤传感技术监测海缆的电气故障提供了理论依据。

海底电缆在装载、运输、敷设和运行过程中, 受外界多种因素的影响时常会发生扭转, 利用建模仿真的方法不仅可以克服实体试验操作困难的难题, 还可获得实体试验难以提取的数据。文章利用ANSYS软件建立海底电缆扭转的有限元模型, 进行了单元类型的选择、各层材料属性及参数的确定和网格划分方式的选择, 并且分析、控制了影响计算时间和精度的因素, 最后对海底电缆施加扭转载荷, 仿真扭转发生过程, 获取铜导体和光单元的应力及应变数据, 为分析海底电缆扭转的力学特性提供了一种可行方案。

三芯光纤复合海底电缆(简称为“海缆”)在运输、敷设和运行的过程中经常会产生拉伸的机械行为, 对其进行拉伸建模仿真, 可获得实体试验难以得到的应力、应变等数据。文章通过建立海缆拉伸有限元模型, 模拟了海缆的拉伸过程。首先根据海缆拉伸的力学特点对结构进行简化, 得到三芯海缆的几何模型；然后对其施加约束及速度载荷, 控制沙漏能, 仿真轴向拉伸过程；最后对数据进行有效提取和处理, 获得海缆的应力与应变, 为研究海缆的力学性能、判断海缆工作状态提供了参考。

针对海底电缆的故障诊断问题, 提出了一种基于小波包与神经网络的诊断新方法。该方法将海缆中光纤的布里渊频移转换成温度和应变数据, 首先使用六层小波分解对监测信号降噪, 然后对故障数据进行三层小波包分解和重构, 再通过提取能量、标准差和Shannon熵等构造特征向量并输入BP(反向传播)神经网络进行训练和测试。实验分析表明, 在海底电缆故障诊断中, 采用标准差作为特征向量输入BP神经网络中的诊断方法性能最佳。

为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取，基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题，提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值; 根据布里渊散射功率特性方程，通过试探法，利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数，建立了谱峰功率初始值; 利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差; 利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值; 最后，根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路，并进行了温度和应变测量实验。结果表明，在5.6 km处可实现±4.3 ℃和±110 με的测量精度，可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量，为工程应用提供了理论和实验依据。