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本文在阐述布里渊光时域反射(BOTDR)技术研究现状的基础上,对光纤布里渊散射理论,包括自发布里渊散射和受激布里渊散射机理进行了分析,同时介绍了利用布里渊频移和强度实现温度和应变同时测量的原理。研究了外差检测脉冲编码BOTDR系统,分别介绍了Golay码、Simplex码和CCPONS码应用于移频外差检测BOTDR系统的编解码原理及编码增益,用MATLAB对三种不同码型编码系统时域输出信号进行仿真对比,并对比分析了编码长度和叠加平均次数增加时的信噪比改善效果。分别提出了基于窄谱DFB激光器单波长、三波长和多模FP激光器的APD外差检测Golay编码BOTDR系统,分析了三种系统编解码原理及外差检测原理,讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码长度的限制问题,并推导了系统信噪比的数学表达式;研究了系统信噪比与APD倍增因子、编码长度和纵模数之间的相互制约关系,分别得到了APD最佳倍增因子、最佳编码长度和最佳纵模数的表达式,选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时,分别对提出的三种系统进行建模分析和优化设计并用MATLAB对系统性能进行仿真验证。结果表明,为了实现高精度传感,除了要考虑光纤受激布里渊散射对编码长度的限制问题、信号功率过大造成的APD光电检测器饱和的问题,还需根据实际系统考虑激光器类型、接收机带宽等其他因素,权衡各个参数来确定最佳APD倍增因子、最佳编码长度和最佳纵模数。对于单频编码BOTDR系统,选取APD倍增因子为5,编码长度128位时可获得最佳的温度和应变分辨率1.60℃和35.48??;对于三波长编码系统,APD倍增因子为5,编码长度64位时可获得最佳的温度和应变分辨率1.33℃和29.49??;对于多模编码系统,APD倍增因子为5,编码长度32位,纵模数为7时可获得最佳的温度和应变分辨率1.29℃和29.16??。