为了研究偏振光在椭球细粒子中多次散射的传输特性，建立了以黑碳气溶胶粒子为对象的仿真与实验验证系统。采用T矩阵和蒙特卡罗相结合的方法，对偏振光经随机取向椭球细粒子多次散射后的偏振传输特性进行仿真研究，建立半实物模拟测试平台对仿真方法进行验证，采用延长灵芝孢子燃烧时间的方式制备椭球细粒子，分别由马尔文粒度仪和光功率计测试椭球细粒子的尺寸分布和光学厚度，建立实验与仿真间的联系，验证了仿真结果的正确性。结果表明：随着黑碳椭球细粒子浓度的增加，水平、垂直、+45°线偏光和右旋圆偏光的偏振度都随之下降，且3种线偏振光的保偏性基本一致；随着浓度的增大，圆偏振光的保偏性逐渐优于线偏振光，且两者保偏性差距越来越大，在光学厚度为3.12时达到最大值，当光学厚度大于3.12时，圆偏光和线偏光的偏振度差值趋于稳定。经计算，仿真与实验结果符合度优于70.84%。本研究结果可扩展偏振探测的适用范围，为非球形颗粒物环境下偏振探测研究提供理论支撑。

高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成, 是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。 依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性, 采用C版本的离散纵标法(CDISORT), 充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素, 研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性, 并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异, 数值计算了三种激光波长(0.65, 1.06和3.8 μm)在卷云中传输时的衰减和透过特性。 计算结果表明: 较小太阳天顶角(小于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小, 其中0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%, 较大太阳天顶角(大于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大, 0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%; 卷云粒子单次散射时, 激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、 传输距离、 光学厚度及激光波长等因素有关, 随光学厚度的增加, 云层的激光透过率减少, 1.06 μm激光波长入射时透过率最大, 3.8 μm激光波长入射时透过率最小; 0.65和1.06 μm激光波长入射时, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加, 而3.8 μm波长激光, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少, 随相对方位角的增加, 云层的激光透过率减少, 且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。 该研究工作将为开展地空链路星载、 机载激光通信、 激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持, 同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、 制导和预警等应用提供预先理论研究基础。

为了研究多次散射效应对辐射在雾中传输特性的影响，提出了一种多粒子雾层模型，该模型中雾滴粒子为半径不同的球形水滴粒子。雾滴粒子半径被分为多个区间，计算了不同半径区间内雾滴粒子的传输近似光学参数。提出了一种基于动态粒子参数选择的蒙特卡罗法，并模拟0.85μm和4μm辐射在重度平流雾、中度平流雾、重度辐射雾和中度辐射雾中的传输。分析了传输距离对透过率和计算时间的影响，并与传统的蒙特卡罗法的计算结果进行比较。结果表明：相比于4μm辐射，0.85μm辐射在雾中的透射能力更强；基于动态粒子参数选择的蒙特卡罗法与传统蒙特卡罗法计算得到的透过率随传输距离的变化曲线具有相同的趋势，传输距离为150m时，两种方法对0.85μm和4μm辐射在重度平流雾中的透过率的绝对误差分别为0.0483和0.0015；传输距离为400m时，相较于传统的蒙特卡罗法，基于动态粒子参数选择的蒙特卡罗法对4μm辐射在重度平流雾中的传输计算效率可提升44%。基于动态粒子参数选择的蒙特卡罗法计算雾中的远距离辐射传输，可有效缩短计算时间。该研究结果对雾天的目标识别与探测有重要意义。

传统的动态光散射法通常采集侧向散射进行纳米颗粒粒度分布的测量，由于多次散射的影响，利用侧向散射不能准确测量高浓度样品的颗粒粒度分布。针对该问题，对后向散射测量方法进行了研究，在实验基础上提出了后向散射最佳光程的判断准则。在不同样品浓度下，用侧向散射和后向散射方法对标称粒径分别为110 nm、220 nm的聚苯乙烯乳胶球颗粒进行了测量。实验结果表明，对于高浓度的待测样品，后向散射测量方法通过自适应调整光程，在最优光程处进行测量，能够有效得到高浓度纳米颗粒的粒径及粒度分布，测量结果相对误差为2.72%。

通过对Mie散射相位函数的累积概率密度插值获得散射角，建立了激光在浑浊介质中传输的蒙特卡罗仿真模型。借助模型研究了激光在均匀单分散聚苯乙烯浑浊介质中的多次散射现象，探究了不同光学厚度和散射相位函数的浑浊介质对激光多次散射的影响。在研究中控制5 μm和10 μm两种粒径聚苯乙烯颗粒的浓度，改变浑浊介质的光学厚度分别为2、5和8，进行了理论仿真和实验的二维侧向散射图像比对，发现相同介质条件下仿真与实验得到的散射光强衰减百分比差异均小于16%，散射光强曲线走势基本一致。仿真还能够提供不同散射阶次光强大小的分布情况，能准确分析多次散射的影响。

针对高分辨率探测应用中三维云层辐射传输计算成本较高的问题，提出了一种基于有限邻域的多次散射近似模型.根据不同空间位置邻近云体间的辐射耦合规律，将有限邻域分解为水平邻域和垂直邻域.通过水平辐射通量密度变化方程，计算水平方向辐射交换，表征水平邻域产生的辐射效应.针对辐射通量沿垂直方向误差，利用辐射通量密度补偿函数加以修正，更准确地表征垂直邻域产生的辐射效应.选择三维积云场为实验场景，以独立像元近似模型和结合了严格单次散射的爱丁顿多次散射模型作为比较对象.实验结果表明：当太阳天顶角小于60°时，本文模型对上行和下行辐射源函数的精度提升优于8%和10%，最高可达47.39%和33.93%；在不同光照和观测条件下，辐射亮度计算精度优于40%；在计算效率方面，本文模型优势显著，有助于研究大规模场景下的辐射传输快速求解.