本文综述了φ-OTDR振动传感技术的研究现状,论述了光纤中的背向瑞利散射过程,从理论上分析了传感光纤中后向瑞利散射光干涉过程和散射光场相位与光纤动态应变之间的关系,推导了背向瑞利散射光功率与干涉光场相位差、干涉光场相位差与光纤应变的关系式,为φ-OTDR传感系统的研究奠定了理论基础。采用基于φ-OTDR和马赫-曾德干涉仪的振动传感系统,建立了振动传感系统的数学模型,并给出了相位解调方法。分析了基于φ-OTDR和马赫-曾德干涉仪的振动传感系统空间分辨率、灵敏度、传感距离、应变测量范围和频率测量范围等系统性能参数。本文分析了φ-OTDR系统中相位模糊现象的发生原因及表现形式,研究了相位模糊对传感系统性能的影响及系统最大可检测应变与空间分辨率的关系,并进行了仿真验证。结果表明,相位模糊是限制系统应变测量范围的主要因素,它不但会引起振动频率的误判和振动幅度的测量错误,还可能导致大应变信息的漏报。由于传统相位展开算法存在可靠性差、耗时等问题,在振动传感方面适用性较差,本文提出了两种提高最大可检测应变范围的方法。通过仿真获得了散射曲线随光纤应变的变化关系,验证了相位模糊现象的存在,分析了系统最大可检测应变范围与系统空间分辨率的关系,给出了背向瑞利散射曲线仿真程序的结构图。初步搭建了φ-OTDR系统,并分析了系统的噪声组成和解决方法。