准确获取云微物理特性对于地气系统辐射收支估计以及气候变化研究具有重要的意义。偏振激光雷达是反演云微物理参数的主要探测工具之一。在水云中,光子散射平均自由程较短,雷达回波信号中多次散射贡献显著,同时单次后向散射不直接改变光的偏振状态,因此水云的辐射退偏和偏振回波图像特征均由多次散射产生。目前,水云多次散射偏振激光雷达信号的解译研究主要基于偏振辐射传输的数值模拟或者二阶小角散射近似建立的退偏率信号与水云散射相矩阵之间的简化数学关系,尚缺乏适用于任意散射阶数的雷达穆勒矩阵回波图像物理解释。考虑到穆勒矩阵回波图像包含最为完整的实验观测信息,本文旨在构建激光雷达多次散射穆勒矩阵回波图像信号与水云散射相矩阵之间的理论关系,揭示激光雷达水云后向散射偏振回波图像的多次散射形成机理。为此,本文在偏振辐射传输多次小角散射近似理论的基础上（即回波信号主要由多次前向散射和唯一一次后向散射路径贡献）,进一步提出了出射光束/返回光束的多次前向散射轨迹几乎共面的假设,以此建立了退化穆勒矩阵与后向散射相矩阵之间的准线性简化数学关系,即归一化的退化穆勒矩阵元素准线性地正比于归一化的后向散射相矩阵元素,同时出射与返回散射平面之间的总体平均夹角以及多次前向散射平面的总体平均旋转角可以在一定程度上影响退化穆勒矩阵与散射相矩阵之间的线性关系程度。该数学关系适用于任意散射阶数的情况。为了全面评估检验该简化数学关系,首先,在三维云大气矢量辐射传输模式MSCART的基础上,开发了激光雷达多次散射CCD斯托克斯矢量回波信号模拟功能,并通过聚苯乙烯球溶液实验观测结果以及对应二阶解析解验证了该模式的数值模拟准确性。其次,模拟了大量不同有效半径和有效方差的水云大气偏振雷达斯托克斯回波图像结果,同时为了提高数值模拟效率保证实验可行,本文提出了一种方位傅里叶展开技术,确保只需要利用MSCART模拟水平线偏振和右旋圆偏振雷达斯托克斯回波图像,即可得到完整的随极角变化的退化穆勒矩阵。最后,由数值模拟评估结果可以得出,无论二阶或多阶散射结果,构建的简化数学关系都可以成功地预测退化穆勒矩阵元素随雷达接收极角的变化规律,同时还揭示雷达偏振信号的水云粒子尺寸谱参数敏感性主要来源于后向散射相矩阵元素(特别是P₃₃),其它两个影响因子也会在一定程度上改变激光雷达偏振信号对粒子尺寸的敏感性。总之,本文建立的简化数学关系可以为偏振激光雷达的信号解译和仪器设计提供有利的理论工具。