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相位敏感光时域反射系统（Phase-sensitive Optical Time-domain Reflectometry,Φ-OTDR）作为一种可实时测量微弱振动信号的分布式光纤传感系统,在结构健康监测、地质灾害监测和入侵监测等领域具有极其广阔的应用前景。但是Φ-OTDR在利用窄线宽激光光源提升系统灵敏度的同时,也不可避免的引入了新的问题——衰落噪声。由于使用窄线宽激光光源,光源的相干长度远大于系统的测量长度,所以在光脉冲的脉冲宽度范围内,各散射点产生的瑞利背向散射（Rayleigh Backscattered,RBS）光之间会发生干涉,从而引起RBS信号曲线呈现锯齿状波动。这种由于干涉引起的信号幅度衰落,甚至淹没于噪声中的现象,被称为干涉衰落。此外,在相干探测Φ-OTDR中,由于本征光和信号光偏振态的不一致性,还会引入偏振衰落。而干涉衰落和偏振衰落均会导致信号的解调相位的信噪比（Signal-to-noise Ratio,SNR）降低,出现解调相位失真,这对于Φ-OTDR系统在工程应用中的推广是十分不利的。因此,对于Φ-OTDR系统的衰落噪声进行抑制是当前的研究热点之一。目前,为了消除Φ-OTDR中的衰落噪声带来的影响,研究者们提出的方案主要是单独利用多频技术和偏振分集技术,这种方式通常需要改变系统硬件结构,且结构较为复杂;此外,还有部分学者提出通过数据处理算法的改进来抑制衰落噪声,例如移动平均法和小波去噪法等,但这些方法都并未从本质上实现衰落噪声抑制。在本文中,为了能够在不改变系统结构的条件下,直接实现对已有的商用Φ-OTDR系统的衰落抑制能力的提升,增强系统的性能。本文提出了一种基于空分复用（Space-division Multiplexing,SDM）的Φ-OTDR结构,通过利用多芯光纤（Multi-core Optical Fiber,MCF）实现了SDM。并且对于获取的多组独立测量信号,本文在继承已有的基于最大幅度的优选算法（Maximum Amplitude Selection,MAS）的基础上,提出了一种基于最高频谱相似度（Maximum Spectrum Similarity Selection,MSSS）的新的优选算法,并就两者的效果进行了比较。通过替换系统中的传感光纤和优化数据的处理算法,在不改变系统硬件结构的条件下即可提升系统衰落噪声抑制能力。在验证性实验中,这种方法在连续运行的情况下,将解调结果的失真率从平均9.4%降低到2%以下。此外,由于目前的研究中的衰落噪声抑制方法多是只针对于相干衰落或偏振衰落。在本文中,我们为了获得更好的衰落噪声抑制效果,提出了一种融合了频分复用（Frequency-division Multiplexing,FDM）和偏振分集接收（Polarization Diversity Reception,PDR）技术于一体的Φ-OTDR系统。在验证性实验中,我们通过使用两个具有不同移频量的声光调制器（Acousto-optical Modulation,AOM）实现FDM,并利用偏振分集双平衡光电探测器（Polarization Diversity DoubleBalanced Photodetector,PBPD）实现PDR。在验证实验中,通过这种方法将短时间内系统的信号的解调相位的平均失真率由约41.19%降低至1.89%,且相较于仅使用FDM和仅使用PDR方法获得的重构信号失真率降低了约16%和24%。利用这种方法,Φ-OTDR系统可以在短时间的测量中获得更好的衰落噪声抑制效果。本文中提出的两种衰落噪声抑制结构,都是基于利用复用方式获得多组独立测量信号来规避衰落噪声的基本原理。在本文中通过从空域、频域、偏振态三个角度进行复用,并结合提出的优选算法,实现了对系统衰落噪声抑制能力的提升。其中,基于利用MCF实现SDM的Φ-OTDR在不改变系统结构的条件下实现了长时间监测下的衰落噪声抑制,基于FDM和PDR融合技术的Φ-OTDR实现了在短时间监测中获得相较于单一使用FDM或PDR技术时更好的衰落噪声抑制效果。本文所提出的两种方法都具有良好的衰落噪声抑制能力,能够为Φ-OTDR在现场条件下的工程应用推广提供可靠的抗噪手段。