激光器的频率漂移对相位敏感光时域反射计的定位有重要的影响，其直接导致定位的信噪比下降。提出一种频谱分析结合选取特征频段的定位算法，在算法中通过选取合适的特征频段，对影响系统定位的激光器频漂进行误差抑制。特征频段的选取通过实验信噪比的高低决定。通过实验验证，结果显示该算法提高了系统定位性能并进一步提高了信噪比。

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的监测距离的限制，分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时φ-OTDR系统的监测距离，并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点，提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分，并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测，避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加，从而提高了SBS阈值，进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中，使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量，系统的监测距离可以进一步提高。

调制器将输入连续光调制成脉冲光，是基于Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的重要组成部分，其调制频率直接决定了系统的监测距离并影响系统的动态特性。对调制频率对系统动态响应范围的影响进行了理论分析及仿真研究。结果表明，脉冲调制频率决定了系统所能还原的外界扰动信号的最高频率。调制频率越高，系统的频率响应范围越大，可探测到的扰动的极限频率越高，采集到的信号失真度越低；反之，调制频率较低甚至低于扰动信号频率时，采集到的信号将严重失真。

提出并研究了基于Michelson干涉仪的应用于检测时变扰动的光纤分布式传感器。所提出的光纤传感器由两个Michelson干涉仪和一个光纤延迟环组成。扰动作用在传感光纤上，引起传输光波相位的调制作用，可以通过该传感器进行检测并得到扰动的位置信息。通过光电探测器对干涉信号进行接收。对接收到的信号进行隔直，并通过求取峰峰值的方法对隔直后的信号进行预处理。通过希尔伯特变换、相位去包裹和三角函数运算可以提取出预处理信号中包含的相位信息。最后，通过频谱分析和相应的数学运算可以实现扰动的定位。在20 km的监测距离内通过实验验证了传感器的可行性。所提出的光纤传感器具有实时性好、抗偏振性、低成本的独特优势。

针对激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的性能影响，文中采用后向瑞利散射的一维脉冲响应模型对其进行了理论分析。在实验室测试中，搭建了臂长差为100 m的非平衡MZ干涉仪来实时监测激光器的频率漂移；并通过测试三种不同频率漂移的激光器下的φ-OTDR系统性能验证了理论分析的正确性。理论分析及实验结果表明，激光器的频率漂移是引起φ-OTDR曲线波动的重要因素，频率漂移越大，其引起的φ-OTDR曲线波动就越大；当频率漂移高达几百MHz/min时，在时域上已难以区分出是频率漂移引起的扰动还是入侵事件引起的扰动，但仍能在频域中将频率漂移噪声分辨出来。

基于激光干涉原理，建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上，通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响，明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明：当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时，可以给出较强扰动的定位信息；当多点同时扰动的空间距离小于等于100 m时，可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响，并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明：在5 km和10 km的位置同时施加扰动，当两个扰动的幅值比大于等于20时，距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200 m；在5 km和5.05 km位置同时施加幅值比为1的扰动，距离5 km位置的最大定位误差为200 m，验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.

基于多波干涉原理，建立了基于相位敏感光时域反射计(OTDR)的光纤分布式扰动传感器（FDDS）光路系统数学模型，研究了激光器频率漂移对相位敏感OTDR定位精度的影响机理。仿真结果表明：激光器的频率漂移是导致传感器定位精度和信噪比降低的关键因素，当激光器的频率漂移分别高于25 MHz/min和30 MHz/min时，依据移动平均和有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器信噪比低于2 dB，定位算法失效。采用频率漂移速率分别为3 MHz/min和190 MHz/min的激光器进行实验，实验结果表明：频率漂移速率为3 MHz/min的激光器通过所述的两种定位方法得到的定位误差均为100 m；频率漂移速率为190 MHz/min的激光器无法实现扰动的定位。研究结论为激光器的选型以及提高传感器的定位精度提供了理论指导。

针对光纤分布式扰动传感器长距离应用定位误差增大的问题, 研究了传感器长距离光纤中的瑞利散射和受激布里渊散射的光谱特性及其对系统定位精度的影响。 建立了长距离光纤中瑞利和受激布里渊散射的数学模型, 通过仿真研究发现散射光波的杂波干涉和强度噪声会严重降低干涉仪的光学信噪比, 从而导致定位误差。 通过实验验证了仿真结果的正确性。 研究结论可以为提高长距离应用定位精度提供理论指导。