当激光在稠密的大气介质中(如雾、烟或云)传输时,会与粒子碰撞发生多次散射,即使散射粒子是球形的,也会使回波信号产生退偏效应。此外,多次散射效应中包含着与散射体的微物理性质有关的信息。因此,研究多次散射效应可以获取更多关于散射介质微物理特性的信息。本文采用Monte Carlo方法模拟了激光雷达信号在云中的散射传输特性。结果表明,线性偏振度的斜率(SLDLP)的变化只与云粒子消光系数有关,线性偏振度的饱和值(SADLP)会随着云粒子有效粒径(CES)和接收视场角(FOV)变化,这意味着可以通过计算SLDLP来提取消光系数,进而利用SADLP和消光系数反演出CES以及液态水含量(LWC)。根据计算结果,提出了一种利用多次散射效应反演液态水云微物理性质的方法。在理论分析的基础上,设计并搭建了一套多次散射偏振激光雷达系统,通过实验完成系统的标定。通过对南京北郊典型观测数据的分析,反演得到了水云的液态含水量和有效粒径。与MODIS和微波雷达的结果比较,证明了使用多次散射偏振激光雷达探测水云微物理特性的可行性。还使用多次散射偏振激光雷达的数据分析了不同视场角时的大气消光系数廓线,对比了使用多次散射因子订正前后反演得到的云层消光系数和光学厚度,发现多次散射的存在会使反演出的云的消光系数和光学厚度偏小。