分布式光纤振动传感技术具有抗电磁干扰、监测范围大、本质安全、灵敏度高等优点,在电缆状态监测、结构健康监测、交通轨道监测以及油气管线监测等领域中显示出重要的应用前景。相位敏感光时域反射仪（Phase sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR）作为一种典型的分布式光纤振动传感技术,利用后向瑞利散射光感知外界振动信号,在长距离多点振动监测领域得到了广泛应用。Φ-OTDR系统采用脉冲激光作为探测信号。脉冲激光的入纤光功率会影响系统的传感距离,且过高的光功率会导致光纤中非线性效应的产生。同时,脉冲激光的重复频率会制约系统的频率响应范围和传感距离。以上问题均会限制系统在不同场景下对振动信号的探测能力。因此,扩大频率响应范围和传感距离对提升Φ-OTDR系统的检测性能具有重要意义。本文在研究Φ-OTDR系统基础上,运用波分复用技术,提出一种复合型光纤振动传感系统,实现外界振动信号的空间定位和波形还原,从而提升系统的频响范围。同时,基于正交解调算法的鉴相原理,提出一种全域相位自相关算法,通过判别振动信号与噪声信号的自相关曲线来实现定位,并提升系统的传感距离。研究内容主要包括以下三个方面:第一、研究Φ-OTDR系统光纤振动传感原理。分析了Φ-OTDR系统的性能影响因素,包括频率响应和传感距离。并讨论了波分复用技术和正交解调技术对Φ-OTDR系统性能提升的机理。第二、采用波分复用技术,提出了一种复合型光纤振动传感系统。利用3×3光纤耦合器将Φ-OTDR、迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer,MI）和马赫泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）三种光路结构进行了组合,实现对外界振动信号的空间定位和相位还原。同时,所引入的MZI结构可以用于探测环境噪声,并借助数字滤波器,实现外部振动信息中环境噪声分量的去除。该复合系统能在1k Hz的环境噪声中准确恢复和定位20k Hz的外部振动信号。第三、基于正交解调技术,分析差分累加平均算法的定位原理及其局限性,并讨论Φ-OTDR系统全域相位还原和自相关定位的可行性。在不附加任何光学放大器件的前提下,利用自相关算法初步实现了总长为90km的传感光纤上,频率为5Hz的正弦振动信号的准确探测。