分布式光纤传感技术是一种将光纤同时作为传输媒介和敏感单元的新型传感技术。相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是在分布式光纤传感技术基础上发展的一项技术,它具有灵敏度高、响应速度快等特点,广泛运用于动态监测和微扰动测量。近年来,将Φ-OTDR与弱反射光栅阵列结合成为了新的研究热点,期望系统在频率响应范围、信噪比等性能上实现大幅度提升。融合光栅型的光时域反射计的传感原理是把嵌入光纤的弱光栅阵列当作一组“弱反射镜”,在光纤上指定位置提供稳定的、强度可控的反射光信号。与传统的光纤传感技术相比,分布式弱光栅阵列传感系统得到的反射光信号更稳定、灵敏度更高。但是,通常弱光栅阵列采用单模光纤制作,偏振态随着传输距离变化而变化,若前后脉冲信号干涉叠加时候的偏振态近似正交,那么得到的干涉信号可视度变差,降低了检测灵敏度,尤其是当两个脉冲信号的偏振态完全正交时,干涉信号的可视度为零,传感系统对外界信号的检测将失败。所以偏振衰落现象是融合光栅型Φ-OTDR系统中一个需要重点解决的难题。本文提出了一种复合探测双脉冲(composite-double-probe-pulse,以下简称CDPP)的技术,消除了融合光栅型Φ-OTDR系统中偏振衰落的影响。首先,利用琼斯矩阵分析了融合光栅型Φ-OTDR系统信号中偏振衰落现象的特征,然后提出了基于极弱布拉格光栅阵列(UWFBG)使用复合探测双脉冲技术,该技术彻底消除了偏振衰落现象。CDPP由两个脉冲光组成,其空间间隔等于UWFBG阵列中相邻UWFBG的空间间隔的两倍。第一探测脉冲具有长持续时间,第二探测脉冲由偏振态互相正交的两个连续短脉冲组成,长脉冲的脉冲宽度是短脉冲的两倍。随后,根据所提出的CDPP方案设计实验证明基于融合光栅型Φ-OTDR系统的CDPP方案可以彻底消除偏振衰落现象,同时可实现高灵敏度的分布式定量测量。由于偏振衰落位置的变化,需要将信号解调位置从干涉度差的位置转移到干涉度好的位置,但是变换相位解调信号位置会造成相位不连续问题,在实施了CDPP方案的融合光栅型Φ-OTDR系统中提出了“交互解调”技术,通过该技术可以有效解决解调过程中由于偏振衰落位置的变化,需要变换相位解调信号位置所造成的相位不连续问题。在传统Φ-OTDR系统中,由于采样率等因素的限制,相位解调的方法很难对大应变信号实现精准的恢复。在上述研究偏振衰落的基础上,继续利用融合UWFB的Φ-OTDR系统,结合双脉冲结构对大应变信号精准恢复问题进行研究。在文章中提出了偏振-相位信息融合解调技术,文章通过对比幅度信号和相位信号局部位置的单调性,利用解调得到的幅度信号对相位展开信号进行了校准,最终实现了对大应变信号的准确恢复。本文分别从CDPP脉冲结构、融合解调算法两个方面,对融合UWFBG的Φ-OTDR系统进行改进,利用CDPP脉冲结构的融合系统彻底解决了偏振衰落问题,且该系统有较高的灵敏度;同时利用偏振-相位信息融合解调算法对大应变信号也能进行精准的恢复。总之,通过脉冲结构的改进和算法的优化使得UWFBG与Φ-OTDR融合系统的性能得到了显著提升,更加适合各类工程应用。