光纤布里渊分布式传感技术作为最具代表性的传感技术之一,经过数十年的发展,其传感性能得到了很大提升。目前,光纤布里渊分布式传感技术已经在油气管道监测、铁轨状态监测、海底光缆状态监控等领域得到了初步应用。上述应用场合均要求传感系统在保证较高空间分辨率和测量精度的前提下,尽可能增加传感距离。但受限于非线性效应和非局域效应等因素,传统光纤布里渊分布式传感系统的传感距离一般被限制在几十公里范围。基于时域脉冲编码的光纤布里渊分布式传感技术,在保持泵浦脉冲注入功率不变的前提下,可以大大提高系统信噪比,在长距离高空间分辨率分布式传感领域有着突出的技术优势,因而近年来备受关注。本论文深入分析了BOTDA系统空间分辨率、频移测量精度、传感距离及测量时间这几个性能指标之间的相互制关系,论述了时域脉冲编码技术应用于BOTDA系统的基本原理,实验验证了脉冲编码技术对BOTDA系统传感性能的改善。在此基础上,提出了预泵浦脉冲编码技术以进一步提高BOTDA系统的传感性能,实现了长距离高空间分辨率的分布式传感,并将预泵浦脉冲编码技术和双向拉曼放大技术相结合,进行了超长距离BOTDA分布式传感实验研究。本论文的主要研究工作和创新点如下:1、论文深入分析了单脉冲泵浦BOTDA系统空间分辨率、频移测量精度、传感距离和测量时间这四个主要性能指标之间的相互制约关系,讨论了长距离传感条件下,非局域效应对连续探测光注入功率和脉冲泵浦光消光比的限制,并分别研究了如何产生高抑制比单边带信号和高消光比光脉冲信号这两个关键技术。2、讨论了脉冲编码技术在BOTDA系统中的适用条件,深入分析并实验验证了Simplex码编码技术对BOTDA系统信噪比的改善,通过实验得出编码BOTDA系统应采用低占空比归零码这种编码方式的结论。在此基础上,提出了预泵浦Simplex码编码技术,以提高BOTDA系统在高空间分辨率条件下的测量精度,并实验验证了其在BOTDA系统中的可行性。预泵浦Simplex码不仅具有传统Simplex码的编码增益,而且还通过声场预激发效应对布里渊增益谱的压缩,进一步提升了长距离BOTDA系统的测量精度,实现了约50 km光纤上空间分辨率为1 m、温度/应变测量精度为0.23oC/5με的分布式传感。3、利用Golay互补码编码技术所需测量次数更少的特点,深入研究了基于Golay互补码编码的BOTDA系统,理论分析和实验结果均表明,Golay码编码技术可获得和Simplex码编码系统相近的传感性能,同时还可显著缩短编码BOTDA系统的测量时间。在此基础上,提出预泵浦Golay码编码技术,实验验证了预泵浦Golay码对系统传感性能的提升,实现了约50 km光纤上空间分辨率为70 cm、温度测量精度为1.5oC的分布式温度传感,并将测量时间缩短为同等测量条件下预泵浦Simplex码编码系统的约1/30。4、将预泵浦脉冲编码技术应用于双向拉曼放大BOTDA系统,利用有限时域差分双向算法仿真分析了双向拉曼条件下,预泵浦脉冲编码技术对布里渊散射信号强度的提升作用,开展超长距离BOTDA分布式传感实验,验证了预泵浦脉冲编码技术对系统信噪比的提升,实现了约100 km距离上空间分辨率为1 m、温度/应变测量精度为1.40oC/28με的分布式传感。和常用超长距离BOTDA传感系统相比,本系统在保持相同传感性能的情况下,将所需平均次数从上千次减少为200次,缩短了测量时间,为提高超长距离BOTDA系统传感效率提供了一种新方法。