本文在介绍布里渊光时域分析(BOTDA)技术的基础上,主要论述了光纤中的布里渊散射特性,并根据受激布里渊散射的作用机理,分析了温度及应变与布里渊频移的关系。分析了基于Simplex编码的BOTDA系统的传感理论及性能,并对系统进行了建模分析与优化设计。首先,针对Simplex编码在BOTDA系统中的应用原理进行了介绍,分析了编解码的原理;通过深入研究光纤的SBS阈值对编码BOTDA系统性能的限制,定量分析了SBS阈值对系统编码长度的限制;研究在光纤长度固定的情况下系统的最大编码长度,并仿真得到采用脉宽为100ns,峰值功率分别为10mw、20mw、30mw的脉冲光时传感系统的时域输出信号,进一步说明了SBS阈值对编码BOTDA系统编码长度及信噪比的限制。其次,针对BOTDA系统中入射光功率受光纤SBS阈值限制的问题,考虑采用多波长BOTDA系统提高系统的SBS阈值;理论分析了多波长BOTDA系统的SBS阈值,设计实验方案测量单波长及多波长系统的SBS阈值;并仿真得到采用多波长技术后系统信噪比的提升量,得出当采用三波长入射光时,系统的信噪比可以提高约4.77dB,波长数为5时提高约6.99dB,波长数为40时提高约16.01dB,为多波长Simplex编码BOTDA系统的实验研究提供了理论依据。最后,在传统双端BOTDA系统的基础上提出单端入射、单端工作的瑞利BOTDA系统,分析了基于雪崩光电二极管(APD)检测的S编码瑞利BOTDA系统中的两种噪声:热噪声和随机散粒噪声;考虑APD的倍增因子对系统信噪比的影响,推导了系统在最佳倍增因子下的信噪比和编码增益公式,得到了在倍增因子的条件下的最佳码长的表达式,并通过MATLAB进行仿真验证。