在众多光纤温度传感技术中,分布式光纤温度传感技术能够对整条光纤的温度分布场进行实时连续测量,并且体积小,抗辐射,稳定性强,使其成为光纤传感技术中独具特色的一项技术。同时引起了人们的广泛的关注,并且取得了重大进展。在分布式光纤温度传感技术中,基于拉曼散射原理的分布式光纤传感技术最为成熟,应用也比较简便。分布式光纤拉曼传感技术根据光纤背向拉曼散射的温度效应测出光纤环境中的温度信息,再通过光时域反射技术(OTDR)对光纤的各个位置进行定位,以连续函数的形式得到整体光纤中的温度分布场。而点式的光纤温度传感器只能测量一小部分区域的温度场,在一些需要连续测量温度的工程场合中,点式传感器需要通过传感阵列进行多点测量,这样不仅安装不方便,而且成本也比较多,在这种场合,点式光纤温度传感器不占有优势。但是,分布式光纤拉曼传感系统以一条光纤作为媒介,此光纤既能通讯又能传感,通过OTDR原理能够对整条光纤进行定位,能对光纤的各个位置进行监控,获得实时连续的温度信息,这样使系统的成本大大降低。此系统抗电磁干扰,绝缘性好,灵敏度高,实时性强,能够适合高压高温和易燃易爆等区域,被广泛应用于工业、建筑、航天、石油、电力和军事等领域,比如：煤矿、隧道、油库的火灾监控、大型堤坝的漏水报警、石油管道泄漏监测、电缆的温度监测等。分布式光纤拉曼温度传感系统是根据光纤中的背向拉曼散射原理,由反斯托克斯光和斯托克斯光解调出温度信息,通过OTDR原理能够对整条光纤进行定位,得到整条传感光纤中的温度信息。在解调过程中,反斯托克斯光和斯托克斯光强度都非常弱,直接解调出的温度信息信噪比比较差,影响系统性能,如果要获得高性能,必须要对数据进行信号处理,要根据信号的特性选择合适的信号处理方法,只有这样才能有效的提高系统中的信噪比。因此,对分布式光纤拉曼温度传感系统中的信号处理方法进行研究对提高系统信噪比和性能指标有着重大的意义。在提高性能指标的方法中,比如系统温度精度,空间分辨率以及系统稳定性,除了直接的信号处理方法外,合理的系统的设计对提高系统的指标也有着直接的意义,合理的系统设计能够消除一些不稳定因素的影响,比如：激光器功率的波动,光纤衰减的标定误差等等,为信号处理减少不必要的麻烦,通过有效的信号处理方法和系统的合理设计相结合的方式,能够有效得提高系统的指标。在系统使用过程中,人们对系统中的稳定性要求比较高,影响系统稳定性的因素主要是外界环境,外界温度和外界扰动等等都会影响系统的稳定性。合理的系统设计对提高系统的稳定性起着重要的作用。随着科学技术的发展,人们对系统的性能需求也越来越高,因此,对分布式光纤拉曼温度传感系统的信号处理方法进行研究以及对系统进行优化设计,对提高系统性能,满足人们的需求有着非常重要的意义。本文对分布式光纤拉曼温度传感系统进行了设计,介绍了系统中各个器件的功能,对系统工作原理进行了阐述,并对系统噪声和性能进行了研究,提出了提高系统信噪比和系统性能的信号处理方法和系统优化设计方案。文章的主要内容和创新点如下：(1)对光纤散射理论进行了阐述,包括瑞利散射,布里渊散射和拉曼散射,着重通过经典电磁理论和量子学理论分别详细讲述了拉曼散射原理；并且分析了三种散射的温度特性,根据散射的温度特性介绍了基于拉曼散射和布里渊散射的分布式光纤温度传感系统原理和系统结构；又介绍了分布式光纤传感系统中的光纤定位的光时域反射原理,后面对分布式光纤拉曼传感系统解调方法进行了论述和比较,包括基于反斯托克斯光的单路解调方法,基于反斯托克斯光与瑞利散射光的双路解调方法以及基于反斯托克斯光与斯托克斯光的双路解调方法,并对每种方法的解调特性进行了分析。(2)基于反斯托克斯与斯托克斯光的双路解调方法,介绍了分布式光纤拉曼温度传感系统设计方案和仪器选择的标准,并且列出了主要仪器的功能和指标以及对系统性能的影响,随后介绍了系统的主要指标：温度精度、温度分辨率、定位精度、空间分辨率和测量时间以及影响各项指标的各种因素。最后分析了系统的噪声来源,对系统中的噪声作了全面分析,这对系统降低噪声提高系统性能有着重要的意义。(3)讲述了分布式光纤拉曼温度传感系统信号处理方法,主要包括累加平均算法和小波模极大值信号处理方法。描述了累加平均信号处理方法的原理,并结合实验评价了噪声与累加平均次数关系；随后主要介绍了小波变换及去噪的原理,以及基于小波变换的信号处理方法,主要包括三种方法,小波分解与重构法、非线性小波变换阈值法以及小波变换模极大值法；重点介绍了小波模极大值信号处理方法,包括小波模极大值信号处理方法原理,具体的实现方案,小波分解层的确定方法和小波信号模极大值的选取方法,并且针对低信噪比的情况,提出了高低分解层相结合的小波模极大值选取方法,在这方法中,信号分别选择高和低两种分解层进行小波分解,并分别获取这两种情况下的各层的信号模极大值,把这两种情况下的信号模极大值进行组合,以低分解层数作为最后的重构层数,进行信号重构,此方法并通过了实验进行了验证。(4)分析了系统瑞利噪声的来源和瑞利噪声对系统性能的影响,包括单路解调和双路解调系统,分别对温度精度、温度分辨率和温度灵敏度等指标的影响,通过理论分别模拟了单路解调和双路解调系统中,传感光纤中单个光纤位置处及一段光纤中瑞利噪声对系统性能的影响,主要包括不同强度的瑞利噪声,在不同的温度以及在不同的光纤位置对系统性能的影响关系。为了进一步提高系统性能,提出了两种消除瑞利噪声的方法,一种是差值解调方法,就是利用参考光纤中温度T2下和温度T1下的反斯托克斯光强的差值作为参考信号,传感光纤中温度T和T1下的反斯托克斯光强差值作为测量信号,然后根据这种信号进行解调温度；另外一种方法是自动消除瑞利噪声算法,就是选择两段参考光纤,两个不同的参考温度,通过这两段参考光纤上的信号实时自动计算瑞利噪声,然后再将测量光纤和参考光纤的信号同时减去瑞利噪声,获得真正的信号再进行解调温度,并且针对这两种方法搭建了系统结构,进行了实验验证。(5)由于光纤各个位置的衰减受外界环境的影响以及标定衰减过程中存在误差,这些都会导致系统温度精度与系统稳定性的降低,针对这个问题文章中运用了一种单输入端环路解调方法,此方法通过环路结构传感光纤,在这个环路传感光纤中满足距离解调系统相同位置的两个光纤位置处在相同的环境,这样可以认为处在相同环境中的两个位置处的光纤衰减相同,通过这两个位置的信号解调出此环路位置的温度信息,这种方法能够使各个环路位置的光纤衰减保持相同,不会与光纤的具体位置有关系,为了消除这个衰减,在环路光纤结构前端选择了参考温度,由此以来既消除了由光纤衰减标定过程中误差带来的影响,也可以消除由于外界温度、湿度等外界环境造成的光纤衰减的变化。通过这种结构设计,提高了系统的稳定性。(6)由于在分布式光纤拉曼温度传感系统中通过反斯托克斯光和斯托克斯光进行温度解调,因此这两个信号的同步性将直接影响系统的空间分辨率的指标,文章中分析了导致反斯托克斯和斯托克斯这两个信号不同步的原因,主要有两个方面：第一,由硬件引起两路信号的不同步,比如：WDM及APD两路尾纤不相同,APD和采集卡两路的响应时间不相等,第二,由于光纤中的色散影响,两路信号在光纤的传播速度不一样导致了两路信号的不同步。针对第一方面的原因,论文中通过添加补偿光纤,消除了两路信号的不同步,针对第二方面的原因,通过两路信号采用不同的采样率以及色散自纠正算法相除了两路信号的不同步。另外,论文中还通过不同尾纤长度的光开关依次调制采样相位来提高数据采集的采样率,进而提高系统的空间分辨率。方法中通过采集不同尾纤长度下的整条传感光纤上的温度信息,然后再把这些数据按照光纤的位置进行组合,形成最后的数据,通过这种算法提高了数据采样率。