光时域反射仪(OTDR,Optical Time Domain Reflectometer)是光纤通信系统中广泛使用的检测设备。随着光纤通信系统的快速发展,光纤链路的长度和光网络的复杂度都大大提升了,在对这样的光通信网络进行维护和检测时,传统的OTDR就不能满足需求了。应此必须提升OTDR的性能,研制出高动态范围、高分辨率的新型OTDR。本文从提高OTDR性能的要求出发,提出一种基于短时分数阶傅里叶变换(STFrFT,Short-Time Fractional Fourier Transform)和数字线性调频(DLFM,Digital Linear Frequency Modulation)的OTDR,称之为DLFM-OTDR。DLFM-OTDR可以克服传统OTDR关于空间分辨率与动态范围之间的矛盾,提升OTDR的空间分辨率和动态范围。文章主要论述了:(1)阐述了OTDR的基本工作原理,介绍了OTDR的主要技术指标。(2)介绍了脉冲编码OTDR方法,并且对脉冲编码OTDR的性能进行了仿真分析和实验验证。实验结果表明脉冲编码OTDR可以有效的提高传统OTDR的动态范围,但是动态范围的提升与编码长度的平方根成正比。同时脉冲编码OTDR会在强反射峰的底部产生旁瓣,影响事件测量的分辨率。(3)介绍了分数阶傅里叶变换、分数阶傅里叶域滤波和STFrFT。然后提出了基于STFrFT和DLFM的DLFM-OTDR,并且对其工作原理进行了详细的阐述。此外,研究了STFrFT的窗函数对DLFM-OTDR性能的影响。(4)基于现场可编程门阵列和数字信号处理器实现了DLFM-OTDR开发板。然后对DLFM-OTDR方法进行了实验测试,实验结果表明与传统OTDR相比,动态范围提高了7 dB,空间分辨率提高了约10倍。最后,进行了DLFM-OTDR在海缆系统中应用的实验,实验结果表明,DLFM-OTDR能够准确地测出掺铒光纤放大器(EDFA,Erbium-Doped Fiber Amplifier)和连接点处的菲涅尔反射峰。