基于相位敏感的光时域反射计(Phi-OTDR)的光纤传感系统具有灵敏度高、探测距离长和定位精度高等特点,在大型设施健康监测、周界安防、管道防护、海洋工程等方面具有广阔的应用前景。传统Phi-OTDR系统中,空间分辨率主要由信号光的脉宽决定,系统传感距离与空间分辨率之间存在矛盾。采用线性啁啾脉冲作为输入光信号的Phi-OTDR传感系统能够解决空间分辨率与传感距离相互约束的问题。但是,啁啾脉冲的参数与系统性能之间的关系、以及系统参数设置与优化问题还有待解决。本文针对脉冲参数变化与系统信噪比、相位噪声之间的关系进行了分析。在该传感器系统参数确定的情况下,针对扰动点信噪比提升以及相干衰落噪声抑制进行了进一步的研究。文章主要分为以下几个部分:1.介绍了基于啁啾脉冲调制的Phi-OTDR传感器工作原理,分析了调制光脉冲的啁啾率和脉宽与系统信噪比和相位噪声的关系,并进行了仿真与实验验证。结果表明,当输入脉冲信号的峰值功率和本振信号功率不变时,系统信噪比只与啁啾率相关,且与啁啾率成反比;系统相位噪声与激光器线宽、啁啾脉冲的啁啾率和脉宽均成正相关;当扫频范围确定后,增大脉宽,啁啾率减小,系统信噪比增大,相位噪声随脉宽的增大先减小后增加,存在啁啾率与脉宽组合使得系统相位噪声最小。为系统参数设置提供了依据。2.将采集到的后向瑞利散射信号转换为二维时间-距离图像,利用双指数边缘平滑滤波(Bi-Exponential Edge-Preserving Smoother,BEEPS)算法对该图像进行滤波处理。实验结果表明,采用BEEPS算法能够在不损失空间分辨率的情况下,使得扰动点处的系统信噪比得到明显的提升。3.对采集到的信号进行强度解调,只能实现扰动点定位,无法实现振动信号定量分析。为了定量分析扰动点信息,需要解调瑞利散射光的光相位信息。系统存在相干衰落效应,相位解调可能出错。因此,有必要抑制相干衰落。本文介绍了采用多个频率信号抑制相干衰落的两种方法:旋转矢量求和法与设置强度阈值重构相位法,并进行了实验验证,实验结果表明两种方法均能有效抑制相干衰落,实现扰动定位与扰动信号定量分析。