基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统具有长距离、抗干扰、连续感知外界信息、监测并辨识入侵等性能,可广泛应用于周界安防、大型设施健康监测、管道防护及线缆安全监测等领域。本文在课题组φ-OTDR分布式光纤振动传感系统工作积累的基础上,根据工程应用系统的实际需求,研制高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统。首先,本文提出了分布式光纤振动传感系统整体方案和信号处理子系统架构,针对信号高速采样、处理和传输需求,设计了信号处理子系统硬件升级方案。针对光脉冲对定位精度、分辨率、灵敏度等指标的影响,提出了检索光脉冲宽度分时控制方法。针对大动态范围传感的需求,提出了拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法。针对风雨等恶劣因素造成的误报,提出了基于扰动信号特征提取的振动点定位算法。接着,设计了信号处理子系统硬件电路,包括光发送、接收模块和FPGA信号处理模块,分析并确定了各功能模块的芯片选型和原理图设计。研制了高稳定性、高灵敏度的光收发模块,灵敏度约为-50dBm。设计并定制了250MHz主频的FPGA信号采集与处理模块,该模块分别具有4个ADC和DAC端口、GPIO接口、PCIe x4 Gen2.0接口(传输速率可达2000MB/s)。在此基础上,研制出第三代分布式光纤振动传感系统端机,通过了公安部三所的型式检测。然后,完成了系统各模块及系统功能试验、测试和性能分析。基于检索光脉冲宽度分时控制方法,系统定位精度优于单脉宽的情况,同时弥补了长距离传感系统远端灵敏度低、信号强度弱的缺陷。基于拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法,拉平了长距离散射迹线,放大了远端信号,实现了大动态范围传感。对于基于扰动信号特征提取的定位算法,采集大雨下的数据进行仿真计算,可以准确地对入侵事件进行报警,漏报率为0,误报率小于2%,定位精度为20m,验证了该算法滤除环境噪声的有效性。最后,介绍了在南京雨花创业园区某单位周界搭建的高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感示范系统。针对工程现场场景与需求,给出了示范系统设计方案,完成系统光缆布置与端机安装,对系统各项功能进行实验测试,系统工作正常。