以小角度近似为条件, 利用逐级递归的方法推导了激光信号在沙尘天气下的辐射传输方程, 得到了多次散射下的光强分布函数, 以及波长和不对称因子对光强的影响。同时, 通过比较不同散射相位函数及沙尘粒子的散射特性, 采用了修正的TTHG(Two Term Henyey-Greenstein)散射相位函数, 更加全面地反映了沙粒散射后光强的变化规律。研究结果表明, 随着光学厚度的增加, 散射光强呈现出先增大后减小的趋势, 且多次散射的比重相比于单次散射而言逐渐增大。当散射次数超过3次以上时, 接收光强的变化可以忽略不计。相对于Mie理论下的结果而言, 采用小角度近似理论, 从辐射传输的角度分析沙粒的散射特性误差更小, 实现了准确描述沙尘天气下激光信号传输特性的目的。

以辐射传输方程为基础,借助小角度近似条件,利用多次散射递归的逐级逼近来描述水体散射过程,推导得出水下辐射照度以及衰减系数的计算关系.着重讨论了激光在海水中的衰减特性,结果表明随着光学厚度的增加,各次散射光先增大后减小,相对辐射照度基本呈指数衰减,衰减趋势随单次散射反照率或者不对称因子的增大有所减缓.与蒙特卡罗方法模拟的结果进行比较,小散射角条件下多次散射近似方法的计算准确度优于单次散射近似,可以作为分析水下激光传播特性的参考依据.

先简单介绍了蒙特卡洛方法的基本知识与应用领域，然后详细地介绍了多次散射，并强调了多次散射在干扰中的重要作用。针对红外烟幕对红外辐射有较强的吸收和散射作用，利用蒙特卡洛方法，模拟了红外在红外烟幕中的传输过程，并给出了具体实现算法；并利用了散射相位函数确定了散射角。最后通过实验验证了接收视场角的大小影响单次散射近似范围。

越来越多的与微粒相关的技术问题在许多领域出现, 这些问题都与Mie散射理论有关。利用Matlab改进算法, 对球形微粒子Mie散射特性做了较为全面和深入的分析, 有助于Mie散射理论的研究和应用。

本文根据散射相位函数的定义,得到了偏振状态下单个粒子散射相位函数的表达式,并且通过研究发现以下规律:1)粒子半径越小,极值差随散射角越趋向于对称分布;2)散射角在0～0.025π以及0.997π～π之间,散射相位函数随极化角基本不变;3)散射角在0.025π～0.997π之间,散射相位函数随极化角变化明显。同时比较了偏振状态下多粒子和单粒子散射相位函数随散射角和极化角的分布。最后从大气中光传输理论出发,建立了非偏振状态与偏振状态下散射相位函数的关系,为大气散射回波功率测量以及近似散射相位函数的研究提供参考。

根据实测舰船的尾流气泡分布模型,利用米氏理论计算得到尾流气泡层的散射相位函数,并将其应用于尾流气泡层后向散射光接收信号的Monte Carlo仿真分析中,以便为实际海况下的舰船尾流气泡层后向散射光探测的实验设置与信号预测、分析提供可靠的依据。通过对不同距离处尾流气泡层的散射相位函数及后向散射光接收信号特性的分析,可以得出：尾流中气泡层散射相位函数的变化不明显,且对接收信号的影响较小; 气泡数密度的变化导致的多次散射效应和气泡层衰减系数的变化是引起后向散射光强度变化的主要原因,数密度越大,散射光信号中的多次散射光成分越大; 当气泡层厚度达到一定倍数的衰减长度时,继续增加气泡层厚度对后向散射接收信号的影响较小。

针对云层介质对激光传输有较强的吸收和散射作用,严重影响了激光对潜通信系统的应用范围这一问题,采用Monte Carlo法来模拟激光在云层中传输的过程.得出云层光脉冲的时间扩展特性和部分参数的模拟结果,为通信系统进行后期的分析和没计提供了一定的理论和实用价值.

在激光雷达探测中,关于多次散射雷达回波的研究,散射相位函数是个非常重要的物理量.本文利用Mie理论的递推公式,对单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,计算结果与散射理论中前、后向散射峰值大小随粒子半径的增大而增大相一致.同时,对非单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,可用于大气、雾和云等气溶胶多次散射的研究.