The effectiveness of monitoring and early-warning systems for ground deformation phenomena, such as sinkholes, depends on their ability to accurately resolve the ongoing ground displacement and detect the subtle deformation preceding catastrophic failures. Sagging sinkholes with a slow subsidence rate and diffuse edges pose a significant challenge for subsidence monitoring due to the low deformation rates and limited lateral strain gradients. In this work, we satisfactorily illustrate the practicality of the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) to measure the spatial-temporal patterns of the vertical displacement in such challenging slow-moving sagging sinkholes. To assess the performance of the approach, we compare the strain recorded by the distributed optical fiber sensor with the vertical displacement measured by high-precision leveling. The results show a good spatial correlation with the ability to identify the maximum subsidence point. There is also a good temporal correlation with the detection of an acceleration phase in the subsidence associated with a flood event.

分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质，具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势，近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而，现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增强微结构特种光纤为传感载体，研究其分布式传感增效机理，介绍了其自动化、高效率刻写制备技术，并重点阐述了其分布式光纤传感技术研究进展与相关应用。进一步对散射增强微结构传感光纤的未来发展潜力及应用方向进行了展望。

提出一种瑞利散射信号诱导串扰抑制技术。理论分析表明，采用相位调制器对高相干连续光施加余弦相位调制，可通过设置相位调制频率抑制瑞利散射信号和由其诱导产生的通道串扰，余弦相位调制的幅度越大，串扰抑制效果越好。以基于弱反射率光纤光栅的准分布式声波传感系统为例，开展了瑞利散射诱导通道串扰抑制技术实验研究，实验中串扰抑制了23.85 dB，实验结果验证了所提方法的有效性。

针对分布式光纤传感系统所采集含噪信号, 提出一种改进集成局部均值分解(MELMD)联合独立成分分析(ICA)的降噪方法, 引入排列熵判决机制提高抑制模态混叠与虚假分量能力。首先使用MELMD方法分解含噪信号得到乘积函数(PF)并进行信号重构; 将含噪信号和重构信号求差得到虚拟噪声, 构造虚拟通道; 然后使用ICA对含噪信号和虚拟通道进行信噪分离, 得到最终结果。通过实验验证, 该方法与EMD-ICA, EEMD-ICA, MELMD相比, 能更好地消除信号中的噪声, 保留信号的特征信息。

随着我国各类复杂重点工程建设的深入推进，工程安全问题引起了越来越多的关注，然而对岩土体进行变形监测是保障工程安全的重要手段之一。与传统的电磁法、声发射、经纬仪、水准仪、位移计、应变计等岩土体变形监测技术相比，分布式光纤感测技术具有实时性、高精度、全分布、长距离和抗干扰等优势，已成为当前岩土体变形监测研究及应用领域的关注焦点。本文总结了光纤感测技术在岩土体变形监测中的应用现状，介绍了几种典型的分布式光纤感测技术原理及适用场景，探讨了光纤感测技术在岩土体变形监测应用中的关键问题，分析了光纤感测技术在边坡、水利、隧道、管道、铁路等工程及地面沉降与塌陷方面监测中的应用成果与挑战。最后，展望了光纤感测技术在岩土体变形监测中亟需攻破的难题与对策。

喇曼光纤放大器(RFA)可有效地提高相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统的传感距离。为了进一步提高Φ-OTDR的系统传感距离, 采用粒子群优化(PSO)算法对三阶双向RFA的泵浦光功率取值进行优化, 计算了基于三阶双向RFA的Φ-OTDR系统理论最远传感距离, 并设计了仿真实验。仿真分析结果表明: 当探测脉冲宽度大于200 ns时, Φ-OTDR系统经三阶双向RFA放大传感距离可达到200 km以上。

Auto-regressive (AR) spectral estimation technology is proposed to analyze the Brillouin scattering spectrum in Brillouin optical time-domain refelectometry. It shows that AR based method can reliably estimate the Brillouin frequency shift with an accuracy much better than fast Fourier transform (FFT) based methods provided the data length is not too short. It enables about 3 times improvement over FFT at a moderate spatial resolution.

为了实现海底光缆故障的检测与定位,采用环形M-Z(Mach-Zehnder)干涉结构建立分布式光缆检测系统,利用两路干涉输出的时间差实现定位功能。阐述了该分布式光缆检测系统的组成及工作原理。使用Optisystem软件进行仿真分析,验证系统可行性。利用互相关时延估计法直接在时域上对信号进行处理获得定位结果。理论分析和测试结果表明,该系统能够快速、有效地实现扰动事件的检测与定位,平均定位误差最大为16.5 m。

提出了一种基于Φ-OTDR(相位敏感光时域反射计)技术的Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术，该技术能够方便地进行入侵定位。介绍了Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的传感机理，论述了光纤传感采集系统的硬件和软件设计。试验结果表明，该系统可对通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警，显示险情位置，测量距离大于60 km，定位精度10 m。