随着海洋资源不断的开发,集输电和通信于一体的光纤复合海底电缆被广泛应用于岛屿供电、海上作业平台和海上风电场输电等重要场所。海底电缆运行环境恶劣,时常受到来自人为因素和自然因素的影响,导致海底电缆出现大变形和大位移,及时监测到海底电缆形状和位移变化,能够对海底电缆的运行状态做出重要评估,保障海底电缆安全运行。针对海底电缆存在大变形和大位移的问题,本文旨在设计一种基于光纤应变的三维形状重构算法,能够以较高的精度还原海底电缆变形和位移后的形状。主要研究工作如下:（1）对基于OFDR（光频域反射技术）的分布式光纤应变测量基本原理和Frenet框架基本原理进行了研究,然后在Frenet框架的基础上,设计了光纤三维形状重构算法,推导了由三芯光纤各芯应变计算光纤形状的公式。（2）形状还原精度是本文算法的一个重要指标,为研究多项式拟合与三次插值两种方法对还原精度的影响,实验中以圆柱螺旋曲线和圆锥曲线这两种典型的曲线为例,分别采用多项式拟合与三次样条插值构建曲率和挠率连续函数,经比较选定三次样条插值算法。（3）利用ANSYS APDL建立三芯光纤的动力学有限元模型,通过施加力学载荷,获取了单向弯曲和S形变形的仿真结果,提取应变数据,代入设计的光纤形状重构算法中,实现了对光纤的三维形状重构,通过均方根误差（RMSE）和归一化准确度（E）对重构误差进行计算和分析,结果表明该算法具有较高的重构精度。（4）利用ANSYS Maxwell和ANSYS Workbench建立了单根三芯光纤缠绕海底电缆的动力学有限元模型,并通过施加力学载荷求解获得位移与应变云图;然后,根据仿真结果,将轴向应变分为两部分,分别计算并叠加,绘制了海底电缆弯曲时光纤长度-轴向应变曲线图,并对每个纤芯的轴向应变变化过程进行分析;最后,将每个纤芯叠加之后的应变代入本文设计的算法中,对海底电缆进行形状还原,并进行了误差分析,结果表明本文算法形状还原效果良好,为实际工程应用提供了技术支撑。