基于相位敏感的光时域反射计（Φ-OTDR）通过发射光脉冲到传感光纤内，利用分析传感光纤的后向瑞利散射光或前向散射光的方法对入侵扰动事件进行识别和定位。对比其他光纤分布式传感技术，Φ-OTDR能够长距离分布式多点测量，精度高、可靠性好，研究Φ-OTDR具有重要的应用价值。本文介绍了Φ-OTDR的基本原理、结构、系统性能、信号解调和应用情况，并对Φ-OTDR技术进行了展望。

针对布里渊光时域分析仪(BOTDA)的测试光路在长期使用中易发生故障进而导致BOTDA测试中断的问题, 设计了一种基于光时域反射(OTDR)原理的光路自动切换保护系统。系统以K60控制器为控制核心, 应用FLEXBUS接口挂载SRAM、FPGA和W5300, 集成K60+FPGA架构的OTDR模块, 通过光开关实现光路切换, 监测各个光路的故障情况, 能够在BOTDA测试光路出现故障时切换光路并发送短信报警；介绍了系统原理、主要硬件模块、以太网引导升级和光路自动切换保护软件流程。实验结果表明: OTDR动态范围达到35 dB以上, 满足BOTDA测试光路的监测要求。

煤矿开采过程中的水灾害往往带来各种巨大损失, 而对矿井渗水的监测一直比较困难。基于光纤微弯损耗原理和光时域反射(OTDR)技术, 提出了一种针对矿井渗水的检测定位方法。结合膨胀土防水毯(GCL)遇水膨胀的特性, 井壁渗水区的GCL膨胀并传导形变至与之紧贴的光纤, 通过光纤微弯损耗原理获取对渗水情况的检测结果, 同时结合OTDR原理, 可对出现弯曲损耗的形变点即渗水点进行定位。实验证明渗水位置与测量结果基本吻合, 该方法具有较好的定位效果。

针对长距离分布式拉曼测温系统(R-OTDR)中数据量大影响系统实时性的问题, 提出通过并行运算实现高次累加平均算法提高系统信噪比和系统实时性能的方法。采用中央处理器(CPU)与图形处理器(GPU)协同合作的方式来提高系统的数据处理速度。传感数据由CPU控制数据采集端读取, 然后使用累加平均算法对传感数据进行去噪。在统一计算设备架构(CUDA)中, 通过调用GPU上的kernel函数对累加平均算法次数进行多线程分配, 以10线程的模式进行并行运算以提高数据处理速度。实验结果表明, 在10km传感距离下, 相比于原系统30000次累加平均算法, 采用50000次累加平均算法使系统测量误差由±1.1℃降至±0.5℃, 并且采用CPU和GPU协同合作的方式使50000次累加平均算法的运算时间由3890ms降至1.472ms, 提升了系统实时性能。

为了解决超长跨距光纤传输的损耗测量的问题，提出一种新型基于数字线性调频-光时域反射(DLFM-OTDR)的测量方法,该方法能解决最大测量距离和空间分辨率之间的矛盾。DLFM-OTDR在发射端和接收端分别采用直接调制和直接检测，结构简单，不需要额外的光学器件，并且引入短时分数阶傅里叶变换(STFrFT)进行信号处理和噪声滤波。使用DLFM-OTDR开发板在实际光纤传输链路中进行了实验测试，以光纤链路长度为2×150 km的测量结果为例进行了分析，实验结果表明:DLFM-OTDR特别适合在单跨段很长的情况下，实现超长光纤链路的监测。

基于宽带接收的快速布里渊光时域反射技术,通过结合分布式拉曼放大来实现长距离分布式布里渊传感。研究了拉曼放大前后系统的性能差别以及非线性现象,并探究拉曼抽运功率与脉冲功率的最佳组合方式。最终通过实验实现了空间分辨率为50 m、传感距离为100 km左右的快速温度传感,其中,在50 km处获得1.2 ℃的温度测量精度。系统传感距离较无拉曼放大时提高了约50 km,并且能够在10 s左右快速完成一次测量。

提出了一种基于OTDR的分布式光纤传感系统的海底管道安全检测技术,分析了检测系统的组成工作原理,阐述了检测系统定位结构和方法,通过注入脉冲与接收到的信号之间的时间延迟得到扰动的位置。理论分析和测试结果表明,该测试系统具有较高的稳定性和定位精度。

由于布里渊光时域反射(BOTDR)系统中布里渊散射信号非常微弱，常常导致传感距离受限，进而影响系统的信噪比和测量精度。因此，提出对BOTDR系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大进行研究。实验结果表明，后向抽运拉曼放大的受激布里渊散射(SBS)阈值要比前向抽运的高；当抽运功率为700 mW时，前向抽运放大增益可达13.78 dB，随后出现二阶布里渊散射谱线，使得放大增益开始下降；当抽运功率为1000 mW时，后向抽运放大增益可达16.33 dB，随后放大增益仍有增长的趋势，有利于对布里渊背向散射信号持续放大。

背向瑞利散射是光纤中一种重要的物理过程，利用该物理现象实现的光时域反射计是一种重要且常见的光纤测量设备.本文理论研究了任意波形的输入脉冲在光纤中的背向瑞利散射过程，导出了将瑞利散射看作为一种线性系统的冲激响应函数，讨论了方波与有振荡拖尾的注入脉冲的背向散射输出波形.对于方波注入，利用商用光时域反射仪表对理论进行了验证；对于有拖尾的脉冲，进行了实验研究，结果表明仿真与实验结果一致.