准确测量颗粒的粒径分布、光学常数和形貌参数在气溶胶测量、燃烧诊断和纳米颗粒制备等领域具有重要意义。弹性光散射是一种常用的粒径测量方法,是精确表征粒径分布的工具。以往基于光散射方法的研究往往是针对球形粒子的特征参数进行研究,而对非球形粒子的研究较少。一般来说,现实生活中除了球形粒子外,椭球形、圆柱形和团聚粒子也广泛存在。因此,准确测量非球形粒子的粒径分布、光学常数和形貌参数非常重要。当被测粒子形状变得随机时,基于光散射法的反演过程变得更加复杂。同时,需要一种更先进的方法从光散射信号中反演球形和非球形粒子的尺寸分布、光学常数和形貌参数。本论文围绕球形和非球星颗粒系的尺寸分布、光学常数和形貌参数的光散射这诊断技术,共发展了五种不同的联合方法,具体研究内容包括以下五个方面:首先,基于三种不同的信号组合开展了球形粒子粒径分布和光学常数的联合反演研究。三种信号组合分别为:多平板厚度透过率信号、多角度散射强度信号及多波长多角度散射强度与多波长多平板厚度透过率的组合信号。散射和透射强度分别通过求解辐射传输（RTE）方程和朗伯-比尔定律,反问题的计算采用改进的量子粒子群算法（IQPSO）。在此基础上,分别测试三种信号组合反演PSD的精度,结果与原始值吻合较好。当反演信号组合含有更多信息时,反演结果具有更高的精度。研究中使用多个不同板厚可以消除透射率信号对光学常数的依赖性。分析了板厚和散射角位置对信号灵敏度的影响。对IQPSO算法在不同测量噪声下的鲁棒性进行了测试,得到了满意的反演结果,并对比了粒度分析仪测量的颗粒平均直径与使用所发展方法得到的反演结果。之后,研究了使用双波长多角度弹性前向散射强度和光谱准直透过率组合信号同时反演椭球颗粒系粒径分布和光学常数的可行性。研究中颗粒系被认为是椭球体。扁球体和长球体的长宽比分别设置为0.8和1.2。在这个恒定的比例下,粒子的取向的变化通过改变其长半轴。椭球颗粒系的前向散射强度通过等效球性颗粒的修正Mie理论计算,而其准直透过率则基于扩展的反常衍射近似理论计算。联合反演过程基于改进的量子粒子群算法,反演得到椭球颗粒系两组不同的光学常数、对数正态分布的半长轴均值和标准差。结果表明,所发展的反演方法能同时确定椭球颗粒系的PSD和光学常数,误差在10%以内。其次,基于商业光学测深仪Microtopes-II太阳光度计,使用吸引排斥粒子群优化算法（ARPSO）从气溶胶光学厚度中反演双峰气溶胶粒径分布。研究了遵循对数正态（L-N）双峰气溶胶粒径分布（ASDs）函数的精确反演最佳波长组合和波长数量。通过在反演计算主循环前集成一个简单的算法实现并行最佳波长组合选择技术。研究不同择波长数量和反演算法种群大小对反演精度和效率的影响。结果表明,在一个根据波长数和反演算法种群大小设置的最佳波长范围内,类尘粒子的ASDs与原始分布基本一致。在5%的测量噪声下,该反演方法也能同时反演所有目标参数,且相对误差小于10%。再次,采用多波长弹性光散射法反演团聚体颗粒系的初级粒子平均粒径。在已有文献的基础上,采用分形团聚体光散射的瑞利-德拜-冈斯（Rayleigh-Debye-Gans,RDG）理论的实验测试原理作为计算多波长下瑞利比的正问题模型。研究中假设初级粒子粒径分布符合对数正态（L-N）分布,并采用基于概率密度函数的蚁群优化算法（PDF-ACO）反演目标参数。反演结果与文献中实测的实验值吻合较好。测量波长数的增加提高了目标参数的反演精度。PDF-ACO算法的鲁棒性可以成功地将反演误差限制在10%以内,即使在系统中存在高噪声的情况下。然后,基于角分辨弹性光散射信号反演了椭球体和圆柱体颗粒系的粒径分布。反演方法使用在七个不同散射角测量的颗粒系散射强度的相对强度,即每个角度散射绝对强度与参考角散射绝对强度的比值。基于相对散射强度的粒径分布反演方法不需要颗粒系数量密度的先验信息。基于概率密度函数的蚁群优化算法（PDFACO）的反演结果表明,反演结果与真值吻合较好。即使有5%的测量噪声,反演精度也在10%以内的允许范围内。且测试了该反演方法对椭球体颗粒系和圆柱体颗粒系的适用性。最后,发展了基于实验模型的任意形状颗粒系尺寸分布和非球形度的联合反演方法。基于参数化反常衍射理论（PADT）,通过计算任意取向粒子的体吸收系数来模拟颗粒系的透射强度,并考虑了任意形状粒子的反射和折射效应。通过拟合多波长透过率信号的估计值和实测值,实现目标参数的联合反演。该联合方法的独特之处在于利用联合对数正态分布函数同时识别联合函数的粒径分布（PSD）和任意粒子的形状周长。采用基于概率密度函数的蚁群优化算法（PDF-ACO）进行反问题求解,反演结果与反演设定的原始值吻合较好。PDF-ACO算法的鲁棒性使得即使在高噪声情况下,目标参数的反演误差也能保持在允许的范围内（<10%）。