相位敏感型光时域反射计（Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometry,φ-OTDR,φ-OTDR）具有响应速度快、灵敏度高以及连续分布式监测的优点,在地震波监测、周界安防等多个领域中都具有极高的应用价值。φ-OTDR系统监测的信号为后向瑞利散射信号（Rayleigh Backscattering,RBS）,RBS信号的强度以及相位均具有随机性,导致RBS信号在叠加的过程中出现相干衰落噪声。相干衰落噪声会导致系统信噪比的急剧恶化,进而使得重构的振动信号产生显著的失真。为了抑制相干衰落噪声,可以通过对RBS信号沿时间进行平均来提升系统信噪比。但是在传统φ-OTDR系统中,无法直接对RBS信号进行平均。这是因为在传统φ-OTDR系统中一般存在三个不同的时钟源,分别位于声光调制器（Acoustic Optical Modulator,AOM）驱动源中、脉冲发生器中以及数据采集卡中。它们分别用来生成AOM驱动源内部的载波信号、脉冲发生器输入至AOM驱动源的脉冲调制信号以及数采卡的触发信号。由于这三个时钟源各自独立,导致φ-OTDR系统采集到的每条RBS信号曲线的初始相位会随时间发生漂移,从而导致相邻时刻的RBS信号之间的相关性极差,此时若直接沿时间轴对RBS信号进行平均,反而会降低信号的信噪比。因此在传统φ-OTDR系统中难以通过在相位解调前对RBS信号曲线平均来降低系统噪声以消除相干衰落噪声的影响。本文首先建立了数学模型,通过仿真计算解释并验证了传统φ-OTDR系统中,AOM的驱动源结构造成载波信号与脉冲调制信号的时钟非同源问题,并在此基础上证明了相较于时钟非同源信号,对时钟同源信号作平均处理在信噪比提升方面有显著的效用。接着提出了一种基于相位锁定结构的相干φ-OTDR系统,并基于FPGA设计了用于实现相位锁定结构的同步脉冲信号发生板。相位锁定系统结构实现了仅通过一个时钟源生成载波信号、脉冲调制信号和数据采集卡的触发信号,进而使得该φ-OTDR系统采集的每条原始RBS信号曲线都具有相同的初始相位。提出滑动平均算法,通过实验证明对原始RBS信号沿时间作滑动平均,能够消除由于相干衰落噪声引入的相位解调错误。系统的探测光脉冲的重复频率为1k Hz,当滑动平均窗宽值为50时,较好地重构了1Hz的低频正弦振动信号,并将信噪比提升了大约25d B。通过实验进行滑动窗宽值优选,证明了对于每一个探测光脉冲的重复频率,都有一个能获得高保真度的重构振动信号的滑动窗宽值与之对应。在此基础上实现了低至0.1Hz～1Hz范围内多个不同频率低频振动的高信噪比测量,从而证明了结合滑动平均算法的基于相位锁定相干φ-OTDR系统能够实现最低0.1Hz的低频振动测量。本论文提出的一种基于相位锁定的相干φ-OTDR系统,能够降低相干衰落对振动信号重构的影响,实现低频振动的测量,有望显著拓展φ-OTDR技术的应用领域。