针对脉冲激光近感探测在烟雾干扰下引起的虚警、漏警等问题，本文根据 Mie散射理论，运用 Monte Carlo方法建立脉冲激光近感探测模型，仿真 905 nm脉冲激光获取大小目标在无干扰和烟雾干扰两种条件下的回波，分析回波的波形特征。结果表明：无干扰情况下，发射接收系统与目标之间的距离和回波幅值呈负相关；大小目标回波前沿的上升速率均呈递增趋势。烟雾干扰情况下，烟雾回波和目标回波的脉冲宽度相对于发射激光波形均有一定的展宽，但前者的展宽程度要大于后者；烟雾回波波形呈现前沿陡峭，后沿平缓的非对称特征。研究成果可以为激光近感探测抗烟雾干扰提供理论基础。

快照傅里叶变换成像光谱仪通过微透镜阵列的多重成像与微反射镜阵列的分布式相位调制实现图谱信息的实时获取。由于阵列器件制作精度的限制,微透镜阵列与微反射镜阵列各单元之间的结构参数会存在不同程度的偏差,从而影响系统的性能。微透镜阵列各透镜单元之间结构参数的偏差可以等效为焦距的非均匀性,微反射镜阵列各阶梯单元之间的差别主要体现在阶梯步长的非均匀性上。本文根据微透镜阵列与微反射镜阵列对光场的相位调制特性,建立了非均匀误差的光场传输模型。采用Monte Carlo方法分别对微透镜阵列的焦距非均匀性和微反射镜阵列的步长非均匀性进行误差合成,统计分析表明相对光谱误差量随着焦距标准差及步长标准差的增加而单调递增。针对步长非均匀误差提出了一种离散光谱相位补偿的光谱校正方法,该方法有效降低了微反射镜阵列的制作精度要求,提高了复原光谱的质量。

在激光雷达的水下应用中，由于水体对光的吸收和散射作用使得激光在水下的传输复杂多变，尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没目标回波，导致水下激光回波检测面临挑战。副载波调制技术可以有效地改善激光雷达系统水下探测性能，提高目标回波信号的信噪比。基于Monte Carlo方法提出了改进的副载波调制脉冲激光雷达水下传输模型，研究了海水衰减系数和通频带等因素对于系统性能的影响。仿真结果表明：相比于传统激光雷达，水体环境参数、滤波过程中的通频带选择对于系统水下探测性能影响较大；副载波调制技术可以提高目标回波信噪比和测量精度，有效改善系统性能。

在利用空间调制傅里叶变换光谱仪对远距离目标进行光谱遥测时,大气湍流扰动引起的入射光场的波前畸变会影响干涉图像和复原光谱的质量。根据大气湍流扰动对光场的相位调制作用,建立了大气湍流的随机相位模型与光场在大气中的分步传输模型,并对大气湍流扰动作用下的干涉图像与复原光谱进行了数值计算,结果显示:大气湍流会导致干涉图像的背景产生低频的强度起伏,并致使复原光谱在低频区域出现伴频噪声。采用统计实验的方法对归一化光谱误差与望远系统入瞳放大率、大气相干长度之间的关系进行统计分析。结果表明:归一化光谱误差的统计均值与望远系统入瞳放大率为准线性正相关,与大气相干长度为非线性负相关。依据归一化光谱误差的统计分析结果便可以根据外场环境的大气相干长度,合理地设计望远系统的入瞳放大率,从而实现对目标光谱的有效探测。

基于放射性废物桶内所含介质材料和放射性核素分段均匀分布的假设, 采用蒙特卡罗程序模拟计算多种射线能量、多种样品密度条件下的线衰减系数和体源探测效率, 通过多元非线性拟合得到以线衰减系数和能量为自变量的体源探测效率函数。基于壳源法, 通过多个点源组合测试近似替代均匀体源的实验测量, 对3种能量射线和3种密度的样品进行验证实验, 利用蒙卡模拟与数值拟合结合方法和实验测量两种方式获得各自的体源探测效率, 完成活度估算。两种方式活度估算结果相对误差均小于23%。通过蒙卡模拟与数值拟合结合方法所得结果与实验结果基本吻合, 证明了该方法的有效性。

为了研究多次散射效果下红外辐射在雾中的传输衰减特性, 基于Mie散射理论, 计算了1.064 μm、3.8 μm和10.6 μm激光在平流雾和辐射雾中的消光参量和多粒子散射相位函数.利用Monte Carlo法建立了辐射传输模型, 分析了多次散射效应下接收屏、能见度和传输距离对透过率的影响, 并与Lambert-Beer定律计算结果进行了比较.结果表明: 当能见度和传输距离均为1 km时, 1.064 μm激光在平流雾中的接收屏粒子数随接收屏边长的增加而显著增加; 相同的能见度和传输距离下, 激光在辐射雾中的衰减小于在平流雾中的衰减; 10.6 μm激光在平流雾中具有很好的传输性; 当粒子散射能力越强、前向散射概率越大时, 多次散射对透过率的贡献越明显; 激光在雾中的传输衰减特性不仅与消光系数有关, 还与散射系数密切相关; 能见度和传输距离存在最佳组合, 使得此传输条件下多次散射对透过率的贡献最大.

对火星沙尘气溶胶粒子进行分析, 利用对数正态分布拟合了火星沙尘的尺寸分布.分别用Mie理论和Monte Carlo方法研究了不同波长的激光在火星沙尘条件下的传输特性, 分析了火星上沙尘条件下的传输衰减、透射率和能见度随粒子质量浓度的变化关系, 给出了波长为0.55 μm时能见度随粒子质量浓度的变化曲线, 并将两种方法的计算结果进行了比较.结果表明: 随着粒子质量浓度的增加, 能见度先迅速降低后再缓慢降低并趋于2 km左右, 粒子浓度越高多次散射现象越明显, 利用Monte Carlo方法计算的能见度比Mie理论计算的结果更高.在选择的几个波长中, 沙尘条件下7.46 μm的激光传输衰减最小, 因此更适合火星无线激光通信.

采用Matlab数据拟合方法及数值计算方法给出校正后的衰减距离。通过Monte-Carlo模拟密度为1.0 g/cm3的聚乙烯材料均匀填充的放射性废物桶，在7个不同的旋转圆周上每隔30°模拟一次探测器计数，得到137Cs点源在桶内7个不同旋转半径上旋转一周的探测器计数，以贡献率较大的部分区域计算给出校正后的平均衰减距离。实验结果显示，通过此方法得到的活度相对误差在0.6%~25.2%之间，相对于传统以桶半径为固定衰减距离计算的结果（相对误差11.8%~209.9%），误差得到明显降低。说明此方法对提高核废物桶中点源活度估计的准确度是有效的。