云是由水滴、冰晶粒子或两者混合形成,常年覆盖在地球表面,对光具有极大的散射和吸收作用。研究云中激光的传输和散射特性将对我国航空航天、国防、气象等工程应用具有重要的意义,将对激光通信、激光雷达探测、气象探测等提供理论支持。本文主要基于逐次散射法研究了激光穿过冰云和水云的传输和散射特性,主要工作有:1.由辐射传输方程推导出了激光在冰云中的逐次散射公式,建立了激光穿过均匀平面平行卷云的传输模型,模拟了不同环境中飞机分别在云上、云中和云下时激光穿过卷云的直接传输和一阶散射功率,并讨论了卷云的冰水含量、冰晶粒子的有效半径和形状对结果的影响。在考虑地球曲率时,建立了球形边界的云层模型,分析了激光的传输和散射特性。最后讨论了平面平行和球形边界云层在垂直方向非均匀分布时激光的直接传输和一阶散射。2.根据对云层垂直结构的统计研究,建立了双层云和三层云模型。根据大气中云粒子在不同高度时的相态分布,定义双层云模型中最上层为冰云,最下层为水云;三层云模型中最上层和中间层为冰云,最下层为水云。分别在双层云和三层云模型中计算了飞机在不同高度时激光的直接传输和一阶散射功率随目标高度的变化。3.建立了卷云背景下激光雷达的探测模型:激光第一次穿过卷云后被角反射器反射,被反射的激光第二次穿过卷云后被雷达接收。推导了考虑云层散射时的雷达方程,接着计算了角反射目标的LRCS,最后研究了激光穿过平面平行和球形边界卷云时,目标与飞机不同水平距离以及不同飞机高度对激光回波功率的影响。结果表明:云层、飞机和目标的相对位置是影响激光传输和散射的最大因素。冰晶粒子有效半径越小、冰水含量越高,激光的衰减和散射越大;不同形状冰晶粒子,直接传输相同,平板的一阶散射最大。球形边界的云层模型中,目标在云底和云顶附近时一阶散射产生突变,并且地心角越大突变越明显。卷云的垂直非均匀性对激光的影响比几何形状的更小。对于多层云模型,可以看成是更简单的云层模型的组合,但是由于水云的液水含量高、平均有效半径小,会对激光产生巨大的衰减,因此直接传输和一阶散射都很小。在激光雷达探测模型中,回波功率随飞机和目标之间的水平距离和地心角的增大而减小。