光纤传感器具有抗电磁干扰好、重量较轻、电气绝缘等等传统电传感器无法比拟的优点,因此一经问世就引起学术与工业上的广泛关注。其中,基于布里渊散射的布里渊光学时域反射技术（BOTDR）,凭借其单端入射、系统简单、成本较低的优势,尤其适用于环境恶劣、传感距离长、运维不便的工业场景。然而在海底传感、管道监测、地质预警等领域,对综合传感性能提出了新的要求:在保持较高空间分辨率、较快探测速度的同时,实现几十甚至上百公里的传输距离。因此,提升BOTDR的长距离传感性能,成为目前的研究热点。脉冲编码是一项提高光纤传感距离的典型技术。例如,格雷编码能够在不显著增加测量时间的前提下提供编码增益。在过采样条件下,格雷编码能带来更大的编码增益,却使空间分辨率恶化。由于这种恶化体现为等效脉冲与系统响应的卷积,因此适用去卷积算法来恢复空间分辨率。另一方面,使用传统的掺铒光纤放大器,可能导致脉冲编码失真,使得在实际系统中难以获得理论编码增益。而分布式拉曼放大技术能够均匀地放大脉冲序列,并提供传感光纤上更平坦的信噪比分布。为了提升BOTDR的传感距离,并获得较高的空间分辨率,本文使用过采样条件下的格雷编码,以获得更高的编码增益,并且使用分布式拉曼放大器来提供均匀的脉冲序列放大,最后利用基于全变分（TV）的正则化去卷积算法提升空间分辨率,实现长距离温度传感。本文的主要工作如下:（1）介绍了分布式光纤传感器的优势以及基于不同散射原理的传感技术应用,比较了几种典型布里渊光纤传感技术的区别与优劣。继而从空间分辨率和传感距离两方面回顾了BOTDR的研究进展,并分析了性能提升的重难点。（2）从理论上简述了布里渊散射原理,介绍了BOTDR系统工作原理、探测和解调的方案,并给出系统性能的重要指标,即空间分辨率、测量精度、动态范围的定义和意义。介绍了拉曼放大的原理和工作方式,阐述了格雷编码的本质和编解码理论,在过采样条件下的等效脉冲表示,以及编码增益与系统噪声的理论关系。（3）基于理论分析,建立了拉曼放大的数学模型并进行数值仿真,确定了适合长距离传感的一阶前向放大拉曼泵浦功率。分析比较了不同去卷积算法的特点,并仿真对比了其处理BOTDR数据的效果。重点研究了基于全变分正则化的去卷积算法在不同信噪比、温度范围、采样率下的性能。仿真结果表明该算法在信噪比为15～25d B、温度为20～80℃的范围内都具有良好的鲁棒性,并能在500MSa/s的采样率下,将空间分辨率从20m提升到6m左右。（4）搭建了基于格雷编码与拉曼放大的BOTDR温度传感系统,采用64位、占空比为50%、码元有效脉冲宽度为100ns的格雷归零码,通过温度测量实验验证了系统的稳定性。实验测试了系统的噪声特性,并研究系统信噪比与采样率关系,发现系统最佳采样率为250MSa/s。实验对比验证了TV去卷积算法相对于维纳滤波具有更好的恢复效果,并在500MSa/s下用其将空间分辨率从20m恢复到6m左右。最后探究了二阶拉曼放大在长距离传感中的应用,实验结果表明二阶拉曼放大能进一步提升系统性能。