分布式光纤传感技术为基础设施的结构健康监测提供了一种高效、经济的解决方案。该技术可应用于长距离的振动检测领域,如石化管道、电力线缆、铁路轨道、周界安防和地震检测等。近年来,相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）作为分布式光纤传感技术的典型代表,以其结构简单、灵敏度高、响应速度快、铺设方案简单等优点,越来越受到人们的重视。Φ-OTDR系统借助对外界振动极为敏感的激光相位信息来实现振动事件的感知,但环境噪声和器件噪声常会对系统的稳定性产生影响,具体表现在以下三个方面:激光光源频率漂移所造成的输出不稳定现象,激光功率放大非线性效应所形成的调制不稳定现象,以及激光相位正交解调不平衡所引起的还原不稳定现象。以上系统的不稳定因素会对Φ-OTDR系统的传感距离、频响范围、误报概率产生较大的影响。针对系统的以上问题,本文的主要研究内容与创新工作如下:（1）提出了一种用于低频振动检测的自适应脉冲调制技术。通过使探测脉冲光的脉冲重复频率进行自适应变化,使振动引起的相位变化频率低于脉冲重复频率,从而在振动区域实现了稳定的强度变化。实验中,使用了两种不同的脉冲重复频率来验证自适应脉冲调制方法检测低频振动事件的有效性,在1 km光纤长度上分别实现了对频率为5 Hz、1 Hz、0.5 Hz和0.1Hz的低频振动事件的检测,拓宽了系统在低频端的频响范围。（2）研究了Φ-OTDR系统中的调制不稳定性效应,分析了探测光的脉冲波形对后向散射曲线的影响,指出了调制不稳定性效应和费米-帕塔-乌拉姆重复现象的关联性。经证明,当探测脉冲的波形在一定时间内不保持功率水平时,可以部分消除费米-帕塔-乌拉姆重复现象,并且对系统的调制不稳定性效应不敏感。实验中,Φ-OTDR系统采用三角形脉冲波形和高斯型脉冲波形,均比矩形脉冲波形更能抵抗调制不稳定性的影响。（3）建立了一种对I/Q正交双通道幅相不平衡不敏感的相干光脉冲相位旋转反射测量系统。该系统利用光脉冲相位旋转和积分技术,通过多组具有规则相移的I/Q正交信号的积分,以相互消除单个信号所携带的正交不平衡影响。实验中,在传统I/Q相位解调技术受正交不平衡影响而完全不能恢复相位信号的情况下,该系统可对100 Hz正弦振动信号进行相位恢复,证明了系统对I/Q正交不平衡具有稳定的不敏感性。