作为一种新型的激光探测雷达, 布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点, 将频移和线宽作为自变量, 采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合, 提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围, 并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明, 利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中, 布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响, 新的模型温度反演范围从15 ℃≤T≤30 ℃扩大为10 ℃≤T≤30 ℃, 最大误差为0.17 ℃, 平均误差为0.07 ℃, 平均相对误差为0.27%, 比现有模型的精度提高了63.16%; 在盐度反演模型中, 布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响, 该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰, 最大误差为0.20‰, 平均误差为0.09‰, 平均相对误差为0.29%, 比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。

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。

传感器是配电物联网的基础，尤其是基于布里渊散射的分布式光纤传感器应用日益广泛。为了提高基于布里渊散射的分布式光纤传感的测量速度，为基于温度的电气设备状态感知奠定基础，对单斜坡法在光纤沿线温度测量的适用性进行了研究。编程实现了基于伪Voigt模型的谱拟合法和单斜坡法的计算机程序，针对不同信噪比的布里渊谱分别采用谱拟合法和单斜坡法计算光纤沿线的温度。结果表明，在一定的信噪比和光纤沿线布里渊频移波动程度范围内，单斜坡法的计算准确性可以达到与谱拟合法相近程度，但谱测量时间可以缩短为后者的几十分之一，对应的计算时间仅为谱拟合法的1/758。研究了信噪比、布里渊频移和线宽不确定度对误差的影响，结果表明，随信噪比（以dB为单位）增加，温度误差快速下降，然后逐渐趋于稳定值；随布里渊频移与工作点差距的增加，温度误差增大，且加速度随二者差距的增大而增大；温度误差随线宽偏差的增大而增大。

面对人们日益增长的光纤传感需求，多模光纤的容量优势为解决单模光纤的容量壁垒、实现高精度的多参量光纤传感测量提供了新思路。理论分析了多模光纤的模式特性，综述了多模光纤模式耦合及偏振的研究进展，重点介绍了多模光纤中布里渊散射的阈值、增益谱和布里渊频移的国内外发展动态，分析了未来光纤传感的发展方向。

为监测埋地管道因地质不稳定产生的弯曲变形情况，提出了一种基于布里渊光频域分析(BOFDA)技术的聚乙烯(PE)管道微弯检测方法。将玻璃纤维基带应变光缆沿管壁胶粘敷设，使光纤与管道协同变形，通过布里渊频移量计算得到光纤应力变化值，并采用共轭梁重构算法反演管道弯曲扰度。实验结果表明：该方法能够很好地分辨和测量管道弯曲的方向和位移量，误差小于0.4 cm，提升了管道的数字化安全监测和预警水平。

基于布里渊散射的分布式光纤传感中温度和应变与布里渊频移成线性关系, 为了提高温度和应变测量的准确性, 提出了一种改进的二次多项式拟合算法用于提取布里渊频移。该算法分为两步: 首先使用一种改进的中值滤波算法对含噪布里渊谱信号进行预处理, 以提高增益峰值定位的准确性; 然后截取围绕峰值左右对称的一个线宽的原始布里渊谱进行二次多项式拟合以实现布里渊频移的高精度提取。以布里渊频移误差及峰值定位准确性作为衡量指标, 比较研究后确定同一频率下所有空间点对应的布里渊增益作为滤波器的输入。研究了不同扫频间隔和信噪比及不同滤波窗长下改进算法的效果, 同时研究了最优窗长的选择问题。结果表明, 不同信噪比和扫频间隔下改进算法均能有效提高布里渊频移提取的准确性。随窗口长度增加布里渊频移误差先减少后增加, 在扫频间隔为1~10MHz、信噪比为0～40dB情况下, 通用的最优窗长为53~163。

针对多模光纤的分布式传感系统受多模光纤布里渊散射特性的影响，利用有限元仿真得到多模光纤6种典型传输模式的电场分布，并从布里渊频移、线宽、峰值增益和布里渊散射谱4个方面仿真研究了单一模式和模式叠加情况下多模光纤的布里渊散射特性。仿真结果表明: 多模光纤不同传输模式的线宽和增益峰值都随着模式阶数的增加略有减少，布里渊频移随模式阶数减小而明显增加；在不受应变和温度影响的情况下，多模式叠加后布里渊散射谱相较单一模式线宽发生展宽，增益峰值大幅减小。

基于相似匹配方法的布里渊频移提取算法具有无需预设模型、适应性强的优点。为了获得谱信号参数和扫频参数对算法性能的影响,在仅单一因素变化情况下系统研究了布里渊线宽(简称线宽)、信噪比、扫频间隔、扫频范围对布里渊频移提取准确性的影响规律。结果表明:频移误差与线宽成线性关系,探测谱与参考谱线宽差距本身对算法准确性产生的影响较小;频移误差随参考谱和探测谱信噪比的增加均呈指数规律减小;扫频间隔不变时随参考谱扫频范围增加频移误差存在增加的趋势,同时计算时间线性增加;探测谱的扫频范围为2倍线宽时频移误差最小。研究结果可为布里渊频移的准确提取提供参考。

为了在保证测量准确性的基础上提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性, 对布里渊频移的快速、 高精度提高算法进行了研究。 实现了基于二次多项式拟合的布里渊频移提取算法和典型的基于洛伦兹、 高斯、 伪Voigt和Voigt模型的算法, 采用光时域反射计(BOTDR)实测了一段长光纤上的布里渊谱, 采用以上算法提取了对应的布里渊频移。 计算结果表明, 二次多项式拟合算法的计算速度明显快于以上经典算法, 其计算耗时仅分别为以上经典算法的1.15%, 1.80%, 1.51%和0.51%, 但计算误差明显大于经典算法, 影响了其实际应用。 以上结果与对应数值产生布里渊谱的计算结果吻合。 为了提高该算法的计算准确性, 系统研究了扫频范围、 扫频点数、 信噪比、 线宽和扫频范围偏差对基于二次多项式的布里渊频移提取准确性的影响。 结果表明: 当扫频点数固定时随扫频范围增加布里渊频移误差先减少到最小值后逐渐增加, 扫频点数固定时最佳扫频范围为1个线宽; 扫频范围不变时随扫频点数和信噪比的增加布里渊频移误差分别成幂和指数规律减少; 扫频范围与线宽比值不变及扫频点数不变时随线宽增加布里渊频移误差线性增大; 随扫频范围偏差增加误差逐渐增大, 实际用于拟合的谱信号尽量围绕布里渊频移左右对称。 根据以上研究结果提出了一种用于布里渊频移快速提取的改进二次多项式拟合算法, 该算法从测量得到布里渊谱中截取1倍线宽且关于最大增益对称的谱信号用于后续拟合, 较之经典的谱拟合算法, 改进算法不仅能大幅提高计算速度且计算准确性与经典算法相似。 采用数值产生及实测布里渊谱的计算结果验证了所提出算法的有效性。 提出的算法不仅能有效提高基于布里渊散射的光纤分布式传感的实时性。

针对分布式光纤应变传感中温度补偿问题，通过温度补偿光缆测得只与环境温度相关的布里渊频移。划分温度区段，对每一单独温度区段内的应变光缆的布里渊频移进行分析。基于在温度相同的不同时段，应变光缆的布里渊频移变化量只与应变相关的原理，构造出划分温度区段的温度补偿方法，在每个温度区段温度变化很小，基本不引起布里渊频移发生变化，可以独立分析应变，并给出了计算流程图。通过工程实例展示了该方法能在较大的温度变化范围内有效地进行温度补偿，实现温度和应变在测量中的解耦，准确测量应变。