近岸海水中金属元素含量日益超标,威胁着人类的生存环境和健康,因此亟需对近岸海水中金属元素进行实时监测。激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）具有实时、多元素同时探测等优势,然而由于水体无定形、耐压缩等特性的限制,水下激光诱导等离子体离散、寿命短,并伴随着激光能量、冲击波、气泡等因素干扰,导致水下LIBS物理过程复杂、光谱稳定性差。针对上述问题,本论文设计并搭建了水下LIBS多维信息同步测量系统,包含LIBS光谱与激光透射探针（Laser-Beam-Transmission Probe,LBTP）同步测量模块,实现对水下LIBS光谱、激光能量、冲击波及气泡演化等多维信息的同步诊断,并应用于光谱校正。论文首先对水下LIBS多维信息同步测量控制系统进行方案设计、器件选型及参数优化。该系统分为LIBS激发、LIBS光谱探测和LBTP信号探测三部分,其中LIBS激发模块采用高能量、低重频脉冲激光器,光谱探测采用等离子体轴向辐射收集方式,而LBTP信号探测则采用632nm连续激光器照明,并采用单点APD探测器对透射-辐射信号的时间演化过程进行快速探测。论文工作以海水中的主量金属元素（Na、Li、K）为例,配置一定浓度梯度的标准水溶液进行方法验证。基于已搭建的水下LIBS多维信息同步测量实验系统,设计并开发了时序控制、控制和数据采集上位机软件,实现了LIBS光谱信号和LBTP参考信号的同步采集。使用Qt编写了激光器和示波器采集控制软件,实现对激光器的基本控制及状态显示,并实现对示波器的单次触发采集、时基等相关参数控制及波形绘制,对比分析了上位机软件状态参数与仪器实际监测结果。为了评估水下LIBS多维信息同步测量及控制系统,采集了不同激光脉冲能量和不同水溶液离子浓度下的同步LIBS-LBTP数据。通过分析水下LIBS光谱和LBTP信号之间的相关性,证明不同激光脉冲能量激发下的Na、Li、K原子谱线峰面积与LBTP信号负峰面积之间具有较强的正相关关系（R~2＞0.99）。将LBTP采集的多维信息作为参考信号,建立了基于PLSR（偏最小二乘回归方法）的光谱校正模型,有效提升了水下LIBS光谱信号的稳定性。论文的最后对全文工作进行了总结,并从“多维数据同步自动采集控制软件设计”和“激光反射式测量方法”两方面对后续工作进行了展望。