相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)能够对微弱振动事件进行探测,具有灵敏度高、响应速度快和分布式传感的特点,因此在建筑物结构健康监测、周界安防系统入侵监测、电力线路监测和光纤通信线路监测等方向具有巨大的应用潜力。传统的鉴幅型Φ-OTDR系统通过测量信号光幅度的变化,能够对振动事件进行定位,但光强幅度变化与振动事件强度没有明确的关系,导致大部分鉴幅型系统仅能在频域对振动事件进行分类识别。鉴相型Φ-OTDR系统对瑞利散射信号光的相位进行解调,计算振动位置两端的相位差变化值,实现对光纤拉伸量的定量测量。同时光纤拉伸量与振动事件的强度又成线性关系,所以鉴相型系统能够在时域和频域同时对振动事件进行分类识别。因此相比于鉴幅型系统,鉴相型系统在事件分类识别领域具有更大的应用潜力。然而鉴相型Φ-OTDR方案也存在一些缺陷:一方面,当振动事件频率过高或者幅度过高时,采样率的不足会导致相位解调结果发生畸变,影响系统性能。虽然定量测量的方案很多,但振动事件频率、幅度和振动事件采样率对解调性能的影响一直缺乏研究,也缺少统一的解调模型去分析不同信噪比下系统的性能。另一方面,利用瑞利散射光进行定量测量的系统中,振动位置两端的散射信号光不是理想探测点产生的单一信号光,而是区域内散射点的后向散射光的叠加,外部振动事件会引起叠加光强的波动。同时受后向散射光的散射系数低和探测死区的影响,散射光信号的信噪比低。而光强波动和低信噪比会严重降低系统性能,甚至导致系统无法正常工作。针对上述问题,本文首先提出一种基于相位查找的解调方法,通过分析相邻采样点相位限制条件和采样率不足导致的信号失真,给出噪声分布下的振动事件频率、幅度和振动事件采样率的关系,对相位解调性能的分析能够明确系统的极限工作条件,有利于充分发挥Φ-OTDR系统的性能。其次,在解调方法的基础上,本文提出一种基于固定反射点的高性能Φ-OTDR定量测量系统,利用固定反射点产生反射光作为探测信号,采用基于3×3耦合器的马赫-曾德干涉型结构和相位查找法进行相位解调,得到相邻两个反射光间的相位变化,实现对振动事件的高保真定量测量。固定反射点、光源频漂抑制等关键技术,在不降低空间分辨率和测量距离的前提下,提高了系统的灵敏度、线性响应度和信噪比。采用极弱反射率布拉格光纤光栅(UWFBG)作为反射装置搭建实验系统,在2.5km长的光纤上,能够对nε级别的振动事件进行定量测量,光纤长度变化的灵敏度高达117pm/(Hz)1/2,线性响应的相关系数为0.99856。该系统能够对50Hz～2075Hz频率范围内的振动事件进行有效探测,解调结果的信噪比最高达65.65dB。三角调幅信号和正弦调幅信号的成功解调表明系统有能力对复杂信号进行解调。实验结果证明基于固定反射点的Φ-OTDR系统能够对微弱振动事件进行高保真还原,具有高灵敏度、高线性响应度、宽频和高信噪比的优点,有望进一步拓展Φ-OTDR技术的应用领域。