分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级，光纤传感通道无法对波场进行密集采样，难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响，提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型，分析了光纤阵列相位误差来源，根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正；然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明，所提方法能够有效实现对目标源的二维定位，定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆，提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。

分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质，具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势，近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而，现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增强微结构特种光纤为传感载体，研究其分布式传感增效机理，介绍了其自动化、高效率刻写制备技术，并重点阐述了其分布式光纤传感技术研究进展与相关应用。进一步对散射增强微结构传感光纤的未来发展潜力及应用方向进行了展望。

提出一种瑞利散射信号诱导串扰抑制技术。理论分析表明，采用相位调制器对高相干连续光施加余弦相位调制，可通过设置相位调制频率抑制瑞利散射信号和由其诱导产生的通道串扰，余弦相位调制的幅度越大，串扰抑制效果越好。以基于弱反射率光纤光栅的准分布式声波传感系统为例，开展了瑞利散射诱导通道串扰抑制技术实验研究，实验中串扰抑制了23.85 dB，实验结果验证了所提方法的有效性。

本文研究了分布式声波传感垂直地震剖面（DAS-VSP）法纵波及转换波智能处理与成像方法，讨论了DAS-VSP形态成分分析法数据去噪技术、DAS-VSP多波智能分离方法和流程，以及基于深度学习的DAS-VSP数据规则化方法。创新性地提出了一种基于最小旅行时的多波VSP成像方法，通过旅行时表控制反射路径附近聚焦成像，比传统地震偏移方法的划弧减少，成像过程中计算覆盖次数，解决了覆盖不均匀成像振幅问题。通过海上斜井DAS-VSP实际数据处理，同时获得DAS-VSP上行纵波和上行转换横波成像剖面，结果显示，DAS-VSP不仅含有反射纵波信息，同时存在较强的转换横波，通过针对性处理后，能够实现DAS-VSP纵波及转换波成像，说明斜井DAS-VSP具备多波成像条件，可获得较高信噪比的纵波及转换波成像数据，多波数据更有利于油气预测和识别，智能处理及多波成像方法为DAS-VSP法用于油气勘探开发提供了新的技术手段。

光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。

在页岩气的开采过程中，需要对压裂作业中产生的微震波进行检测。在传统的基于后向瑞利散射的分布式光纤传感技术的基础上，提出了一种应用于微震波检测的线性扫频脉冲调制方法。将调制系统中的矩形脉冲改为线性扫频脉冲，通过压缩脉冲匹配滤波的方式实现长距离、高空间分辨率传感。经过仿真与实验验证，选用线宽约为10 kHz的窄线宽激光器为光源，经电光调制与声光调制，可实现扫频范围为5.6~5.8 GHz、扫频时间为2 μs、传感距离为10 km的线性扫频信号调制，接收到的后向瑞利散射信号强度范围为-60~-50 dBm。

为了获得相关因素对基于相干探测相敏光时域反射计（φ-OTDR）的分布式声波传感（DAS）系统测量准确性的影响规律，根据光纤中后向瑞利散射理论建立相干探测φ-OTDR仿真模型。基于该模型生成不同测量参数下的后向瑞利散射信号，采用IQ解调算法确定了振动位置、还原了振动信号，计算了振动检测信噪比和失真度。结果表明：采样率可以小于声光调制器（AOM）频率的2倍；宽范围内随着采样率的提高，振动检测信噪比与失真度不是严格单调增加或降低；模数转换器（ADC）量化位数在8~16位范围内变化时对系统解调结果的影响不大；随着入射光脉冲宽度减小、振动点与入射端距离增加，振动检测信噪比分别呈双指数、线性规律下降，失真度分别呈双指数、幂函数规律增加；随着掺铒光纤放大器（EDFA）放大倍数提高，振动检测信噪比呈幂函数规律提升，失真度在高、低噪声时分别呈幂函数、双指数规律下降。

基于线性调频（LFM）脉冲的光纤分布式声波传感（DAS）技术采用同时具有连续波形和脉冲波形优势的LFM脉冲作为探测光，利用频移产生附加相位实现光纤应变导致相位补偿的原理进行传感。可实现光纤链路沿线声/振信号的定量波形恢复，具有响应速度快、灵敏度高等特点，在地球物理学、线性基础设施监测等领域具有显著的优势和应用前景。论述基于LFM脉冲DAS技术的基本传感机理，概述传感距离、空间分辨率、频率响应与衰落噪声抑制等关键技术指标的研究进展，介绍DAS在典型应用中的进展，并对未来可能发展趋势进行探讨。

基于相位敏感光时域反射技术的分布式声波传感（DAS）系统可实现大范围分布式的声波探测，近年来，在油气勘探、地质成像、管道安全、周界安防等应用领域受到研究关注。本文论述了光纤DAS技术的传感原理，分析了单模光纤的衰落机理和性能瓶颈。针对此问题，分别介绍了多种散射增强光纤的增效机理与声波传感性能。进一步，围绕微结构散射增强光纤DAS系统，综述了其近年来的技术与应用进展，并展望了其未来可能的发展方向。

地震检波器是石油勘探中必不可少的工具，主要被用于地震波采集以获取地层信息，进而实现油藏勘察以及压裂采油技术的监控。研究了分布式光纤声波传感（DAS）系统及其在石油物探中的应用，深入分析了DAS技术的干涉式解调原理、算法和参数测试。此外，还进行了地面物探实验，通过外场实验获取了大量地震波信息，绘制出了清晰的地震剖面图，并对DAS的性能和测试数据进行了详细分析。