结合Sahu-Shanmugam和Fournier-Forand体积散射函数,使用蒙特卡罗方法建立水下激光传输信道模型,利用该模型分析了接收端的光束扩展特性。研究了三种典型水域下,接收视场角和接收面直径对光束功率密度的影响,以及不同接收距离下光束功率密度的分布特性。结果表明:随着水域散射系数的增大和传输距离的增加,会加剧光束分布扩展;随着接收面直径的增大,光束功率密度的变化趋势逐渐减小,光束功率密度幅值随着接收视场角的增大而增加;随着传输距离的增加,光束功率密度分布逐渐离散。这些结果为水下定位或水下接收机等设计提供参考。

在石油类污染水体中, 油会吸附在悬浮颗粒物表面而形成一个双层结构, 影响水体后向散射系数光谱特征, 分离水体石油类物质与悬浮颗粒物对后向散射系数光谱的贡献, 能提高水体石油类污染后向散射理论模型的准确性。 将美国Wyatt公司生产DAWN HELEOS Ⅱ18角度散射测量仪、 美国SEQUOIA公司生产的LISST-100x B粒径仪和美国Hobilabs公司的后向散射仪HydroScat-6 Sprctral Backscattering Sensor(HS6)联动观测, 构成后向散射系数光谱测量系统, 分别测量不同水样的散射强度电压值、 粒径分布及粒径浓度、 后向散射系数等参数, 提出了利用Mie散射理论计算未知折射系数物质的体散射函数β(λ,θ)的新思路及分离后向散射系数光谱的算法。 选择已知折射系数m的石英砂作为颗粒物与采自不同油田区域的油污水进行配比, 获取不同特性水样, 测定相关数据。 首先, 根据Mie散射理论计算出各样本对应的水体体积散射函数β(λ,θ); 其次, 建立的DAWN HELEOS Ⅱ 18角度激光散射仪测定散射强度对应的电压值V(θ)转化为体积散射函数β(λ,θ)的关系式; 再次, 根据最优化方法估算出油砂混合的等效折射系数mos以及油的折射系数mo; 最后, 利用β(λ,θ)和估算的mos值及mo计算出各类样本的后向散射系数bb(λ), 分别建立油污水bb,o(λ)和石英砂bb,s(λ)与油砂混合总bb,os(λ)的分离算法。 分离算法的建立一方面提高了水体石油类污染后向散射理论模型的准确性, 另外一方面拓展了米散射理论在海洋水色遥感中的应用。

结合Fournier-Forand和Henyey-Greenstein体积散射函数，利用Monte Carlo法建立水中激光脉冲传输特性分析模型。采用该模型分析了散射体相对折射率和尺寸分布对水中光脉冲传输特性的影响。研究表明：光脉冲在水中传输时，随着散射体相对折射率的增大和小尺度散射体相对含量的增加，脉冲展宽增加，光波前向散射减弱且空间分布扩展加剧，到达角分布更离散。与传统水中光脉冲传输仿真模型相比，此模型更加有效。

为研究前向散射对水下成像的影响, 利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型, 提出了水下成像前向散射影响系数, 用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度, 并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析, 得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律, 说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性，分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响，以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则，即在满足监控区域要求的前提下，照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时，光源方向角应为67.5°.根据监控范围边界的要求以及光源方向角，确定光源安装位置.实际应用结果表明，此方法可以很好地满足水下光学监控系统的要求.