分布式光纤传感技术已用于大型基础设施、地质灾害、物联网系统、地球物理探测等领域中,该研究具有重大的经济和科研价值,成为世界各国大力发展的关键技术。其中,快速分布式光纤传感技术成为主要研究热点之一,并取得了一系列的重要研究进展。然而快速分布式传感研究仍存在诸多急需攻克的难题,如系统采样率较低和数据存储空间较大,并且在长距离快速、单端快速和高灵敏度快速测量等领域仍需有效的解决方案。本论文以光学捷变频技术为核心,开展了高性能快速分布式光纤传感研究工作,主要研究内容如下:在快速布里渊光时域分析(BOTDA)测量领域,针对系统采样率较低和存储空间较大的问题,本论文提出基于压缩感知技术的传感方法,实现布里渊增益谱压缩采样。该方案采用主成分分析算法构造变换域字典,使得布里渊增益谱在变换域投影后具有稀疏性。相比于传统4MHz步长的均匀谱采样,所提出的方案只利用传统方案30%的频率个数即可恢复布里渊增益谱,将系统采样率提高3.3倍,并且直接在采集过程中压缩数据,数据存储空间减少70%极大缓解系统硬件压力。在长距离BOTDA测量领域,针对系统测量时间较长的问题,本论文提出采用基于光学啁啾链调制和布里渊衰减谱结构的传感方法。光学啁啾调制的探测光对泵浦脉冲光宽谱放大,通过补偿泵浦光传输损耗和提高探测光布里渊阈值有效提高系统信噪比。该系统在每一啁啾周期内完成布里渊衰减谱测量,因此测量时间只受限于光纤长度和平均次数,在秒量级的测量时间内完成百公里分布式传感,实验演示了150km分布式测量时间仅为3.2s。本论文进一步引入双脉冲差分技术降低光学啁啾调制噪声和泵浦脉冲前端畸变引入的测量误差,同时利用模式识别算法实现更高精度的本征布里渊频移提取。在单端布里渊光时域反射计(BOTDR)测量领域,针对扫频方案解调速度较慢的问题,本论文提出基于光学捷变频技术的传感方法。利用光学捷变频技术实现参考光频率快速扫描,滤波和检波后实现自发布里渊增益谱的快速重构,其中参考光频率扫描方案包括光学频率快速扫描和光学啁啾链调制。基于光学频率扫描的单端快速分布式BOTDR系统的测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在172m传感光纤上获得了62.5Hz采样速度的分布式测量。基于光学啁啾链调制的单端快速BOTDR系统的测量时间仅受限于光纤长度和平均次数,实验在400m的光纤上获得500Hz振动采样率的分布式测量。在快速分布式光纤测量领域,针对应变灵敏度和应变动态范围无法兼得的问题,本论文提出融合瑞利散射和布里渊散射的双机制分布式光纤传感方法。利用同一组扫频脉冲光实现相位敏感型光时域反射计(phase-OTDR)和BOTDA测量,瑞利信号实现6.8nε高灵敏度相对振动测量,布里渊信号提供绝对应变参考。双机制分布式传感系统测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在50m传感光纤上获得k Hz量级采样速度的高灵敏度分布式测量。