分布式光纤传感由于其独特优势(损耗低、重量轻及不受电子干扰影响等),可以用来实现温度、应力、压力、磁场、电场等参数传感,并被广泛应用于工程建设、能源、化工、航空航天、交通、军事等领域。分布式光纤传感的实现通常基于光纤中的后向散射效应,例如瑞利散射、自发拉曼散射以及自发和受激布里渊散射。后向散射信号可以在时域、频域以及相干域解调,从而形成了多种不同类型的分布式光纤传感器,并具有不同特性。其中,布里渊分布式光纤传感器在传感距离、精度以及信噪比等方面优势较明显。基于布里渊时域或相干域分析技术实现了上百公里的传感距离、厘米甚至亚厘米的空间分辨率,以及小于1MHz的测量精度。测量布里渊增益(相位)的信噪比直接决定了布里渊分布式光纤传感器的性能(测量范围、测量精度以及空间分辨率等)。为了提升信噪比,拉曼放大、脉冲编码和相干探测是常用技术手段。而相干探测方案可以利用布里渊相位/增益比实现布里渊频移的解调,能有效消除泵浦功率波动及非本地效应的影响,具有宽的动态测量范围,相对于常规直接探测方案具有明显性能优势。本论文主要针对基于相干探测的布里渊光时域分析传感器,为了能提升布里渊分布式光纤传感器的性能,理论分析和实验验证了光纤传输引入的色度色散和相位波动对布里渊增益和相位解调的影响,分别提出了相应方案消除了二者的影响。此外,设计了一种布里渊增益及相位提取方案,利用布里渊相位/增益比实现布里渊频移的快速解调。具体相关工作的详细描述如下:(1)理论分析和实验验证了色度色散对常用的基于双边带相位调制探测光的相干探测布里渊光时域分析传感器的影响。设计了基于双边带强度调制探测光和单边带强度调制探测光的相干探测布里渊光时域分析传感器,有效消除了色度色散的影响。采用双边带强度调制探测光有效消除色度色散导致的布里渊增益谱畸变,可以将布里渊频移测量误差减少约6MHz。采用单边带强度调制探测光则进一步克服了双边带强度调制探测光消除色散影响与光纤长度及调制频率相关的缺点,实现了更为鲁棒的色散影响消除。(2)理论分析和实验验证了光纤传输引入的相位波动对相干探测布里渊光时域分析传感器的影响。设计了一种基于波分复用的相位波动消除方案,有效消除了光纤传输引入的相位波动的影响。相对于没有相位波动消除的相干探测方案而言,布里渊频移的测量误差从4.9MHz减小至0.4MHz(拟合布里渊增益谱)及从2.6MHz减小至0.2MHz(拟合布里渊相位谱)。(3)理论分析和实验验证了目前的布里渊增益和相位提取技术所面临的两个主要问题:1)受到光纤传输引入的相位波动的影响;2)受到系统引入的布里渊增益畸变的影响。提出了一种带微波干涉载波抑制的相干探测方案来同时消除二者的影响,提升了布里渊增益及相位的测量精度;进而利用布里渊相位/增益比求解布里渊频移将传统方案解调速度提升了约30倍;且进一步利用数字去噪技术将测量准确度提升约4倍。以上研究有助于构建高速和高精度的相干探测布里渊光时域分析传感器,并对进一步优化与提升布里渊分布式光纤传感器的性能提供了参考。