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基于受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）的分布式光纤传感技术可实现光纤沿线温度、应变、振动等物理参量检测而广泛应用于大型基础设施结构健康、军事边境安防、深海空天开发等监测领域,长距离精准定位和高精度实时测量的应用需求日趋迫切。然而,传统光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA）技术采用脉冲激光作为传感信号,利用脉冲飞行法确定光纤中待测物理量变化的位置,因脉冲宽度受布里渊声子寿命的限制导致空间分辨率难以突破1 m;光相关域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis,BOCDA）技术采用正弦调频激光作为传感信号,利用光场相关法测定光纤中物理量变化的位置,但受周期性相干光场的限制其传感距离仅有数百米。因此,传统SBS分布式光纤传感技术在原理上存有空间分辨率与传感距离难以兼顾的矛盾,同时扫频测量布里渊增益谱（Brillouin Gain Spectrum,BGS）解调沿线温度应变信息使其动态响应能力大幅受限,传感技术实际应用被严重制约。针对上述问题,本论文提出混沌布里渊光相关域分析技术,以类噪声、宽频谱、宽光谱的混沌激光为传感信号,利用混沌激光自相关特性提升传感距离、宽带特性提高空间分辨率、高斯型光谱特性展宽混沌BGS,建立了混沌激光时延特征（Time Delay Signature,TDS）抑制、带宽增强、光谱线宽调控影响系统传感性能的理论模型,最终辅以时域门控、锁相探测、斜坡辅助等方案,实现了长距离、高空间分辨率兼顾的快速混沌BOCDA传感。主要研究内容如下:（1）深入分析了BOCDA传感机理,阐述了BOCDA技术在传感距离、空间分辨率、测量速度等方面的研究进展和面临的挑战,为后续混沌布里渊分布式光纤传感的发展方向提供理论指导。（2）建立了混沌BOCDA传感模型,深入探究了混沌SBS特性。首先介绍了混沌激光的实验产生装置,并阐明了混沌激光的频域宽带、时域自相关特性。阐述了混沌BOCDA的物理机制,仿真得极度相关位置处的高斯型宽带混沌泵浦光-Stokes光拍频谱,揭示了混沌布里渊相干光场的空间位置与混沌激光自相关特性、空间范围与混沌激光宽带特性之间的耦合机理,仿真实现了光纤沿线分布式应变传感。实验揭示了Stokes光在SBS过程中的非线性增益特性,依此建立了Stokes光的线宽变化方程,实现了混沌布里渊增益谱的谱宽调控。（3）提出了基于时延抑制混沌激光的时域门控型长距离BOCDA方案,实现了十千米传感距离、厘米级空间分辨率的温度传感。首先,根据混沌TDS对探测光增益和声波场信噪比的恶化程度,建立了混沌TDS限制传感距离的理论模型。其次,仿真分析并实验验证了采用脉冲持续时间约等于混沌激光外腔反馈时间的脉冲时域门控,可大幅抑制混沌激光TDS和非零基底激发的SBS噪声场。最终,实验利用消光比24.30 d B、持续时间120 ns的时域门控方案将SBS声波场信噪比提高了约5.62 d B,混沌BGS的信号背景噪声比提高了1.48 d B以上,系统有效传感距离被提升至10.2 km,突破了传统BOCDA数百米传感距离的限制,空间分辨率仍保持9.0 cm。（4）提出了基于带宽增强混沌激光的毫米级空间分辨率BOCDA方案,实现了空间分辨率优于3.5 mm、有效传感点数（距离/空间分辨率）大于47000的静态应变传感。首先,根据混沌激光带宽调试过程中的相关峰宽度变化趋势,建立了带宽增强混沌提高系统空间分辨率的理论模型。其次,数值分析了锁相探测方案对混沌BOCDA测量信噪比的大幅提升,当混沌激光源带宽为10 GHz,系统测量信噪比提高了约0.86 d B。最后,实验在165 m传感距离上将系统空间分辨率提高至3.5 mm,且最高分辨率可达3.1 mm,有效传感点数大于47000。（5）提出了基于宽带混沌BGS的单斜坡辅助型大动态范围BOCDA方案,实现了测量范围1200με、相较传统方案提升1倍的动态应变传感。首先,仿真阐述了斜坡辅助原理及传统BGS谱宽对动态范围的限制,实验确立了混沌TDS与增益谱主峰-次峰比之间的线性负相关关系,建立了斜坡辅助宽带混沌BGS的理论模型。其次,提出了一种单斜坡辅助型混沌BOCDA方案,混沌激光光谱-3 d B线宽为5.60 GHz,BGS的半高全宽可达55 MHz。最后,实验将动态应变范围提升至1200με,是传统单斜坡辅助方案的2倍以上,同时空间分辨率保持3.5 cm。（6）提出了基于宽带混沌BGS的双斜坡辅助型高精度BOCDA方案,实现了800με测量范围下±8.1με动态应变测量精度、20με动态应变分辨率的高精度传感。首先,理论分析了混沌激光固有的功率随机波动特性对单斜坡辅助型混沌BOCDA系统测量精度的影响,建立了双斜坡辅助提升动态应变测量精度的理论模型。其次,提出双斜坡辅助方案,实验将动态应变测量精度提升至±8.1με,相对误差仅±1%,动态范围800με。最后,实验验证了该方案的静态应变分辨率达10με,动态应变分辨率达20με。