云是悬浮在大气中的大量小水滴和冰晶微粒组成的可见聚合体,研究云的尺寸、形状和相态等微物理特性,对揭示云的发展过程和降水形成机制,以及人工影响天气等具有重要作用,但目前的探测方法不能同时满足云粒子的尺寸测量、相态判别、云中冰晶粒子形状识别的需求。干涉粒子成像技术IPI（Interferometric Particle Imaging）,是一种基于粒子散射理论的测量技术,采用该技术已经实现球形液滴粒子和非球形冰晶粒子的初步测量,但很少涉及对多分散系球形粒子场和非球形液滴粒子的高精度测量,并且目前的研究仅仅停留在实验室阶段。针对上述问题,本文主要做出如下研究:1.基于光学传输矩阵理论,对粒子散射光场进行分析,介绍基于干涉粒子成像技术的球形和椭球形粒子成像及测量基本原理,给出IPI光学系统的参数计算方法。2.提出具有粗大误差剔除功能的迭代的均值滤波处理算法,即IMF算法,通过仿真得到了不同模板系数下干涉图像的滤波效果,分析了模板系数的取值范围。采用该算法时21.3μm,45μm,57.9μm粒子场和多分散系粒子场的相对测量误差分别为2.56%,0.99%,2.84%和5.11%,实现了单分散系和多分散系球形粒子场粒径的高精度测量。3.研究了椭球粒子散射光分布,提出采用干涉聚焦像或干涉离焦像进行椭球粒子转向判别的方法。建立Lighttools模型,研究粒子转向与其聚焦像分布的关系。通过Matlab仿真研究出射点与干涉离焦像散斑转向和干涉聚焦像亮点分布间的关系。提出可以通过做干涉聚焦像亮点分布方向的垂轴对称或者通过做干涉离焦像散斑转向的垂直,再做垂轴对称得到椭球粒子在平面内的转向信息。搭建干涉粒子成像系统,实验验证了椭球粒子转向判别方法的正确性。4.提出通过干涉离焦像的自相关或傅里叶变换确定散斑转向的方法,对散斑图像电场强度进行理论研究,揭示散斑分布与其自相关和傅里叶变换结果之间的斜率关系。干涉离焦像散斑转向与其自相关后的亮斑转向一致,与其傅里叶变换后的亮斑转向垂直,通过仿真和实验验证了该结论的正确性。5.设计基于IPI技术的云粒子测量系统,分析并确定系统散射角为90°,修正了IMF算法并通过实验室内标准粒子测量完成了系统测试,采用70m3膨胀云室,通过喷雾法和膨胀法产生暖云粒子,利用云粒子测量系统获取其干涉离焦像,实现云室内暖云粒子粒径谱分布测量。