光的偏振特性是光在强度以外的另一个特点,能体现出光线更多的信息,因此在特定情形下对于目标的探测和识别比常见的光强探测有着明显的优势。本文在光的电磁学理论和微粒介质散射吸收理论的基础上,基于辐射传输的蒙特卡洛方法,研究分析了光在三维非均匀Mie散射介质中的偏振辐射传输的过程。主要的研究工作包括:首先建立了三维非均匀Mie散射介质的传输模型;其次研究了地球大气中的云背景、气溶胶背景和地面背景的偏振辐射传输特性;最后针对飞机尾迹进行了成像仿真及特点分析,讨论了在地球大气背景下提升飞机尾迹偏振探测效果的方案。论文的主要工作包括:基于蒙特卡洛方法模拟光子在三维空间网格中的透射、吸收和散射过程,根据Mie散射理论求解球形微粒的光学特性,构造了三维非均匀Mie散射介质中偏振态光子的传输、统计模型。最后通过理论和算例结合的方式验证了模型的正确性。根据三维非均匀Mie散射介质偏振辐射传输模型研究了介质物性与偏振特性的关系,搜集了常见的云、气溶胶和地面背景的物性参数,分别讨论了自然光入射条件下这三种地球大气背景的偏振特性与各自物性的关系。对飞机凝结尾迹进行了简要介绍,使用三维非均匀Mie散射介质模型对飞机凝结尾迹进行了成像仿真,研究了投射入射天顶角和波长对仿真特性的影响,讨论了常见的云、气溶胶和地面背景对飞机尾迹探测成像仿真的影响。