随着激光器及光电探测技术的发展,蓝绿激光海洋科学探测及应用技术受到极大重视和发展,蓝绿激光水下目标探测研究具有重要学术意义和应用价值。目前该研究相关理论模型还比较简单,比如将海水视为均匀介质、目标表面视为理想朗伯面等,针对自然环境下海面波动起伏、海水垂直非均匀分布和目标表面随机粗糙的激光跨介质传输和探测的仿真有待深入研究。本文采用蒙特卡罗方法结合实际海洋环境和目标特性模型,开展蓝绿激光跨介质传输和目标探测的性能研究。本文首先分析了海水中纯水、溶解有机物、悬浮粒子和无机盐对光波的吸收和散射作用,研究海水的固有光学特性。基于海水各成分的衰减模型,利用Argo全球海洋观测网提供的海水垂直方向上温度、盐度和叶绿素浓度实测数据建立海水垂直分层模型,为激光在实际海水中传输的研究提供光学特性模型。利用等分频率线性叠加方法建立了三维粗糙海面模型,基于蒙特卡罗方法模拟蓝绿激光在大气、气海界面和海水信道中的跨介质传输过程,分析了海面风速、水下传输距离和海水水质对激光跨介质传输的影响,结果表明,海面风速、传输距离和海水浑浊度的增加不仅会使能量衰减增大,还会改变接收平面光斑形态和能量分布。论文结合海水垂直分层模型仿真模拟激光水下传输,分析得到垂直分层海水信道的衰减会随深度改变呈现非均匀变化。论文还仿真分析了收发系统对激光传输的影响,结果表明,光源发散角的变化会改变时间延迟和展宽;发射角度的变化会明显改变传输后的光斑形态及能量分布;激光在高浑浊的海水中传输时,接收孔径和视场角的增加会使时间展宽严重。区别于目前常用的理想朗伯面目标表面散射模型,本文基于实际粗糙面特性参数,采用线性滤波方法建立水下随机粗糙面目标模型。利用蒙特卡罗方法结合粗糙面目标模型仿真海水中不同参量对回波信号的影响,分析得到海面风速、海水水质和目标深度等参数的改变均会对回波信号产生较大影响。论文分析了收发系统对目标探测回波信号的影响,结果表明,发射角、接收孔径和视场角的改变均会对接收到的回波信号强度产生较大影响;发散角的变化几乎不会对接收能量产生影响。本论文研究结果为蓝绿激光跨介质探测自然海水环境水下粗糙面目标的实地测量实验提供一定的理论参考。