固体火箭发动机羽流等颗粒流的偏振信息可以作为传统目标探测方法的有效补充识别手段。目前,偏振成像探测技术的应用多集中于大气遥感领域,应用于目标探测的研究报道较少,目标大气扰动流场的偏振辐射传输与成像数值模拟还处于发展阶段,计算效率、成像效果与可靠性均有待提高。本文针对固体火箭发动机羽流偏振成像探测这一平行光辐照三维非均质颗粒参与性介质辐射传输问题,考虑辐射传输过程光线的偏振效应,采用数值模拟与传输实验研究了颗粒参与性介质内偏振辐射传输问题,针对羽流介质偏振散射成像的唯象特征,将半解析蒙特卡洛法应用于火箭羽流目标偏振辐射与成像数值模拟,建立了可见-近红外平行光辐照条件下的三维非均质偏振辐射传输计算模型,对火箭羽流偏振辐射传输及偏振成像特性开展了研究,并进行了卷云背景下羽流目标探测效能分析。建立了基于期望值的半解析蒙特卡洛三维非均质偏振辐射传输模型,采用平板型Mie散射算例验证、三维模型立方云蒙特卡洛算例验证以及水雾环境下实验文献对比验证等方面验证了本文算法模型的可行性。结果表明半解析方法的引入可以将传统蒙特卡洛法的求解效率提升两个数量级以上。开展了激光在氧化铝粒子系中传输的偏振辐射特性定量实验,探究入射光波长、入射光偏振态、粒子系光学厚度对光线偏振特性的影响。通过对含炭黑粒子火焰和无粒子氢氧火焰的偏振成像特性对比验证了粒子在起偏过程中的重要作用。采用Mie散射理论计算了火箭羽流主要颗粒物成分Al2O3颗粒的散射特性,结合羽流场物理模型对不同粒径假设、探测波长、探测角度、飞行高度下的火箭羽流目标偏振成像特性规律进行了研究,并与文献实验结果进行了对比分析。结合卷云冰晶粒子散射特性,开展了典型卷云层的偏振辐射特性研究,以此为基础获得了火箭羽流目标在卷云层背景下的偏振成像特性,并对卷云背景下的羽流目标探测效能进行了分析,探究了不同观测角度下各偏振分量的探测成像效果。结果表明,Q分量能够体现羽流目标与卷云背景的显著差异,偏振探测模式相比于传统辐射探测可以提供更丰富的信息。