近20年来我国逐渐完善大型基础设施建设,如隧道、高速公路、铁路、电力与油气管线等。这些大型基建在长期运行中,容易受到自然灾害、人为破坏、材料老化的影响,出现隧道塌方、轨道损坏、损缆断缆与管线破裂等事故,严重影响人民生活与工业生产。因此急需一种能够覆盖这些大型基础设施的监测技术用以掌握它们的结构健康状况,在事故发生前及时、精准地发出预警,以便采取应对措施。相位敏感光时域反射计（φ-OTDR）具有分布式、探测距离长、振动灵敏度高与响应速度快等优势,利用光纤作为传感器,实时监测沿线的振动情况,根据振动事件的强度与频率等信息判断振动的类型,起到预警的作用。数据采集与处理系统作为φ-OTDR的核心部件,其在具体实现时尚存在以下技术难点有待解决:鉴相型φ-OTDR利用外差相干探测的结构,得到一个带宽较窄的中频信号。数据采集时,通常需采用模拟下变频技术,将中频信号搬移到基带,以降低对采样率的要求,但是会在模拟端引入噪声,降低信号的信噪比。如果对中频信号直接进行奈奎斯特采样,虽然避免了模拟下变频对信噪比的恶化,但此时采样率过高,系统需要实时处理的数据量极大。且传统的φ-OTDR设备多是采用以x86/ARM为代表的CPU架构完成计算,面对海量数据时,解调速率过慢,导致设备的实时性较差。此外高性能CPU需要配套同样高性能的计算机配件等,不利于设备的小型化与低功耗设计。φ-OTDR中背向瑞利散射光（Rayleigh Backscattering,RBS）的相干效应会带来衰落的问题,导致光纤上某些区域的RBS强度接近于零,形成衰落死区。当信号处于衰落死区内时,相位解调的结果会出现较大的失真,所以单一依靠相位数据会导致鉴相的错误。抑制相干衰落的有效方法是,动态选取RBS幅度最大的位置作为参考进行鉴相,实现振动信号的高保真重构。本文为鉴相型φ-OTDR设计了一种专用的数据采集与处理系统。通过巧妙的带通采样设计,不仅可以令模数转换芯片（ADC）以远低于奈奎斯特限制的采样率完整地表征中频信号的幅度与相位信息,而且使得IQ解调中的二次镜像干扰更容易被抑制。以现场可编程逻辑门阵列（FPGA）承受来自ADC的实时数据,通过高位宽复数乘法器将中频信号与IQ数字本振进行混频,并利用3级5倍抽取滤波器在降采样的同时滤除高频信号,然后通过Cordic算法并行完成平方根运算与反正切运算,最终利用PCIe输出同步的鉴幅鉴相数据。实验结果表明,本文给出的数据采集与处理方案,可以在250 MHz的采样率下稳定运行,实时解调φ-OTDR中频信号的幅度与相位,吞吐率达到4000 Mbit/s,FPGA的整体功耗仅为6.5 W左右。本文所提出的实现方法,能够大幅提升φ-OTDR系统的数据处理能力,为小型化、低功耗、高实时性的仪器实现提供了可靠的技术途径,有望推动φ-OTDR在大型基础设施结构健康监测领域的应用。