依据稀薄随机分布冰晶粒子的激光散射特性, 当球形冰晶粒子分别服从指数、对数正态、Gamma三种不同分布时, 数值计算并分析了0.65、1.31、1.55 μm激光入射下不同稀薄随机冰晶粒子层的微分散射截面随散射角的变化关系。结果表明: 入射激光波长的改变对冰晶粒子层的微分散射截面有一定的影响; 当冰晶粒子服从指数分布时稀薄随机分布冰晶粒子层的微分散射截面最大, 要比其他两个分布大几个数量级; 不同激光波长和冰粒子的尺度分布对稀薄随机分布冰晶粒子层的激光散射特性有较大影响。文中所做的工作为进一步开展地空链路中冰晶粒子云层对激光传输特性的影响研究奠定基础。

激光在雨中传输时，会受到雨滴的散射和吸收作用导致功率衰减。首先，根据Mie散射理论，给出雨中消光系数的计算方法。其次，介绍了Joss和Weibull两种雨滴尺度分布，通过对比分析得出结论Joss分布更加准确。最后，利用Matlab对远红外激光在雨中的消光系数和链路损耗进行分析。结果表明：消光系数随降雨量的增大而增大; 利用光子追踪法计算得到的链路损耗，由于考虑了光束发散角、接收视场角和散射能量，较朗伯-比尔定律更加贴近实际情况。

在对激光引信视场进行体积元分割的基础上，基于Mie散射理论建立了一种近似计算引信云雾散射回波的数学模型，并利用该模型计算了均匀云雾粒子与服从一定谱分布云雾粒子的散射回波,分析了入射激光波长、粒子浓度及谱分布参数对散射回波强度的影响。研究结果表明：对均匀云雾粒子，引信的散射回波随粒径增大呈振荡增强趋势；粒子浓度相同时，尺度谱偏大的云雾粒子群的散射回波明显高于尺度谱偏小的云雾粒子群；对折射率虚部差别明显的不同波长激光，其散射回波强度差别显著，云雾对虚部偏小激光的散射光强明显高于虚部偏大的激光。为激光引信抗云雾干扰提供了重要理论依据。

为了便捷地测量出电解水产生的氢气泡场的尺度分布，提出了一种利用显微照相、微气泡图像处理和统计分析技术的方法。首先通过显微照相系统拍摄同一区域不同时刻电解水产生的氢气泡图像; 然后采用图像增强、分割、形态学处理、颗粒测量等手段获取每张图像中微气泡的数量和尺度; 最后利用测量区域内微气泡数量变化的平稳随机特性，用测量区域内微气泡在时间轴上的统计尺度分布特性代替空间特性，获得氢气泡在整个气泡生成空间的尺度分布。结果表明，3种电解电流密度条件下，电解水产生氢气泡的尺度分布基本符合高斯分布，平方相关系数大于0.95; 且电解电流越大，气泡尺度分布越分散; 但电解电流的大小对氢气泡的平均尺度的影响不明显。该方法可有效地测量电解水产生氢气泡的尺度分布。

针对水中微气泡尺度分布参数在线测量的需求，提出了一种测量水中微气泡尺度分布的图像处理与分析方法。以在实验室显微照相拍摄的水中微气泡图像为研究对象，阐述了该方法所采用的图像增强、图像分割、图像形态学处理和图像颗粒测量的具体手段，给出了其中单幅微气泡图像的尺度分布测量结果。实验与分析结果表明，该方法能有效地获取水中微气泡的尺度分布，并能分离粘连气泡，可应用于水中气泡群参数的在线检测。