基于光纤中布里渊散射效应的全分布式光纤传感系统利用光纤中布里渊散射谱的频移和强度与外界温度和应变之间的线性函数关系，可以实现光纤沿路温度和应变全分布式高空间分辨率传感，在电力系统、石油管道、大型建筑物健康监测等领域有着广泛的应用前景，是近二十年来光纤传感领域的研究热点。和布里渊光时域分析仪(BOTDA)相比，基于自发布里渊散射的分布式光纤传感技术(BOTDR)具有单端入射、同时对温度和应变敏感等优点，得到了研究人员的重点关注。本文针对BOTDR分布式光纤传感技术中自发布里渊散射信号微弱、具有宽带布里渊频移(约11GHz)、信噪比低、难以实现温度和应变同时解调等诸多核心的关键技术问题，开展了宽带光学移频单元设计、微弱信号的数字相干检测、传感脉冲格式的调制、脉冲编码技术等理论和实验技术研究，构建和集成了整个传感系统，获得了系统的原型样机，验证了系统的性能，并在电力系统获得很好的工程示范性应用。　　本论文主要研究内容如下:　　提出一种基于宽带光学移频方案和数字相干检测技术相结合的新型BOTDR分布式光纤传感系统方案，实现了大于30Km光纤传感链路微弱自发布里渊散射信号温度、应变和位置信息多参量全分布式空间高分辨率传感，研制出BOTDR传感系统样机。　　设计了基于紧致结构布里渊激光器的宽带移频单元（下频移约10.8GHz）。研究了该移频激光器不同工作状态（自激振荡、单纵模运转）对BOTDR分布式光纤传感技术的影响。实验结果表明，通过与传感布里渊散射信号的相干探测，可实现探测信号带宽由11GHz降至百MHz，降低系统在电子学上对元器件带宽的要求。在信号处理方面，利用数字相干检测技术，通过时域散射信号的数字化信息，进行了传感光纤频移和强度分布的提取，实现了温度和应变的同时传感。此外，论文深入研究了激光器线宽对传感光纤中自发布里渊散射谱的影响，为系统光源优化设计提供指导。　　从理论和实验上系统研究了不同的脉冲调制格式（类矩形、三角形、洛仑兹、高斯和超高斯等脉冲格式）对BOTDR分布式光纤传感技术中信噪比的影响。仿真研究结果表明:相同脉冲宽度和不同脉冲调制格式时，上升/下降沿时间越长，布里渊散射谱的峰值功率越大。在实验中，通过构建不同传感脉冲调制格式，发现三角形脉冲比矩形脉冲的信噪比高4dB，实现2.5倍的传感长度，和理论分析结果很好的一致。此外，本论文还数值分析了相邻脉冲之间的重叠部分对空间分辨率的影响，研究结果显示这些因素对传感参量的空间分辨性能影响较小。　　为了进一步改善BOTDR系统的信噪比，初步研究了线性编码技术在BOTDR分布式光纤传感系统中的应用。在理论上，仿真计算了Simplex脉冲编码技术对自发布里渊散射信号信噪比的提高效果，并提出将双正交脉冲编码技术应用于BOTDR系统中，数值分析了其信噪比增加效果;在实验上，展示了Simplex脉冲编码技术在BOTDR传感系统中的应用，并深入研究了编码信号的数字解调方案。实验结果表明，31位编码技术具有3.5dB的信噪比增益，该结论初步验证了线性脉冲编码技术在BOTDR传感系统中应用的可行性。　　在系统性能检测上，我们将BOTDR原型样机应用于电力线的温度和应变监测等示范性工程上，其包括:1、在覆冰室内对光纤复合地线(OPGW)电缆温度监测，在+/-30℃的测量范围内，其温度准确性＜2℃;2、在对三相电缆进行在线温度监测上，通过和分布式拉曼温度传感器(DTS)及热电偶测试系统比较，其测试的结果也具有很好的一致性;3、在传感光缆的应变测量上，实现了6500με传感范围内的准确测量。这些工程示范表明BOTDR分布式光纤传感技术具有温度和应变测量等实际应用的潜力的同时，也为系统地实用化和产品化的进程提供了理论支持和技术支撑。