赤潮的暴发,会严重影响海洋生态系统和环境,引发伤亡和损失。将水下声学与海洋信息技术相结合,发展微藻声学探测技术,对海洋生态灾害监测、预报以及防控,有着重大应用价值。目前,赤潮监测主要通过现场采样对藻细胞进行计数,或以传感器、遥感方式测量海水叶绿素等间接实现。水声监测,虽具有实时原位监测的优势,但如何用于微米级的藻类监测,实现准确的浓度测量、粒径分析仍是研究的难点。本文以常见赤潮种甲藻的藻细胞声学散射为基础,进行浓度估计的理论数值模拟讨论与分析,结果表明:低浓度下呈显著线性相关,随着藻细胞数目增加,后向散射强度增加的趋势减缓,逐渐进入平台波动区,最终因强衰减作用反而呈下降趋势。本文设计并搭建的可编程发射信号收发合置超声探测系统,以东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和血红哈卡藻（Akashiwo sanguinea）为例,其监测结果与ADV验证实验结果一致。从频域角度进行时频分析,可提高浓度表征性能。设计的双频探测、同一频率多信号激励探测实验,可基本实现藻细胞粒径大小的初步感知。论文主要创新点:第一,提出以藻细胞的等效简化模型结合流体球模型,建立藻细胞分层综合测量模型,给出了大跨度区间和多频率多粒径藻液声学理论数值分析的变化趋势。第二,揭示微藻浓度与声后向散射强度间的变化规律,证明了超声探测方法对两种目标赤潮藻预警临界浓度区间探测的有效性。第三,引入频域信号分析方法,改善了自主平台系统的性能;多信号激励方式的时频分析,基本实现目标赤潮藻细胞粒径大小的初步感知。