随着经济和科技的高速发展,针对大型工程结构健康监测、水声探测、周界安防以及石油资源勘探等领域的需求日益增多。为满足这些应用需求,对振动信号高质量的探测和分析必不可少。基于瑞利散射的相位敏感型光时域反射仪技术((?)-OTDR)因其传感距离长、分布式连续测量、相位探测灵敏度高等特性受到广泛关注。系统相位噪声水平决定系统最小可探测信号,是制约系统分布式振动传感性能的关键因素。相干衰落和偏振衰落是影响(?)-OTDR系统相位噪声的重要因素,其偏振相关特性导致(?)-OTDR系统相位噪声与系统入射脉冲光偏振态有关。开展(?)-OTDR系统相位噪声偏振特性研究对提升基于(?)-OTDR的分布式振动传感系统的探测能力有重大意义。论文对瑞利信号的偏振特性、(?)-OTDR系统相位噪声的偏振特性和基于PGC解调的正交偏振切换方法进行了深入研究。主要研究内容包括:以脉冲内多束瑞利光干涉模型为基础分析瑞利信号产生及(?)-OTDR传感机理,验证了瑞利信号光强的偏振特性;分析了系统主要相位噪声来源及研究干涉衰落和偏振衰落引起的相位噪声,对系统相位噪声的偏振特性进行了深入分析和实验验证;在理论分析的基础上搭建了基于PGC解调的正交偏振切换系统,实现了对偏振衰落的有效抑制,消除了偏振态扰动对系统的影响。论文的主要创新点和研究结果如下:1、在对脉冲内多束瑞利光干涉模型分析的基础上论述了瑞利信号的产生及传感机理,分析了瑞利信号的偏振相关性,得出偏振态变化与瑞利信号光强的相关性,以及偏振态与系统相位解调结果的联系,为后续分析相位噪声偏振特性打下基础。2、基于对系统相位噪声的理论分析,提出依据原始干涉信号幅度分析系统相位噪声大小。干涉衰落和偏振衰落导致原始干涉信号幅度变小,引入的强度噪声转化为相位噪声。当原始干涉信号幅度大时,对应的信噪比就高,相应的系统相位噪声就低。3、验证了分布式振动传感系统中相位噪声的偏振特性。不同偏振态光入射,对于同一传感通道,系统相位噪声发生变化;入射偏振态保持不变,由于光纤双折射,不同传感通道偏振态变化导致相位噪声也随之变化。4、提出将正交偏振切换方法应用于分布式振动传感系统抑制偏振衰落,实现了系统相位噪声的降低和对偏振态变化的不敏感。实验验证,系统对传感通道整体的相位噪声的抑制达到了约10 dB。