近几十年来,基于布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)的分布式传感系统以其长距离传感、高分辨率和能同时获得所测量信号在整根光纤上的空间分布情况等优势,被广泛应用在基础设施的结构健康检测上。在传统的BOTDA系统中,诸如信号产生、数据采集和数据处理等功能是彼此分离的,这一方面使系统的集成度降低,另一方面导致系统由于仪器的数据接口不匹配等问题无法实现实时测量。尽管目前已有少量集成化BOTDA系统出现,但由于其具有扫频特性,当传感距离长、分辨率高时,系统的测量时间仍然较长(秒级到分钟级),无法满足航天、国防等应用场景对实时性的高要求。基于此,本文设计并实现了一种基于数字光学频率梳(Digital optical frequency comb,DOFC)的实时BOTDA系统。首先,通过设计一体化的硬件架构,并辅以相应的接口模块,解决了传统BOTDA系统由于仪器的数据接口不匹配导致无法实现实时测量的问题,并提高了系统的集成度;其次,基于所设计的硬件系统,对DOFC探测信号和泵浦信号进行了优化,使系统在进行光纤传感时不仅可避免扫频操作从而减少测量时间,还可降低系统成本;再有,通过对数据处理模块进行优化,使系统能完成对20 Gbps传感数据的实时处理,从而实现实时BOTDA传感测量,主要的优化内容包括:1)提出了一种基于增量更新的快速帧同步算法,该算法相较于标准帧同步算法,计算量可减少98%左右,解决了帧同步过程运算量大、无法实现实时处理的问题;2)对数据处理模块进行了合理的功能划分,并利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)的并行化思想和流水线机制,设计了并行化的子功能模块和流水线式的数据处理流程,使系统对数据的实时处理得以实现。实验结果表明,所设计的实时BOTDA系统能对9.2 km的传感光纤进行长时间不间断的实时分布式温度和振动测量,一次完整的测量(包括数据采集和处理)仅需要120μs,是目前同类型技术中所能达到的最高指标,能满足绝大多数应用场景对于实时性的要求。