本发明提出了一种双光源大动态范围相位敏感式光时域反射传感系统及方法，包括有第一光源和第二光源，主控制单元控制第一光源和第二光源，其发射波长分别为λ₁和λ₂的连续窄线宽激光；使第一光源发射低功率光束，第二光源发射高功率光束。耦合器将两束光合为一束；声光调制器对连续光进行调制，使其以脉冲状态发射到传感光纤中。返回的瑞利散射信号通过滤波片将不同波长光滤出，分别经两个探测器检测。信号采集与处理部分对检测信号进行处理和计算。本发明通过不同功率光束探测不同距离，能够较好的解决大动态范围的光信号检测难题，在不增加处理时间的前提下增大此分布式光纤传感器的探测距离。