人类探测到的首个引力波事件GW150914开启了引力波宇宙学时代。致密双星并合产生的引力波信号中含有波源的距离信息,因此引力波源可以作为“标准汽笛”,用于研究宇宙的膨胀历史。为实现这一目标,现有的观测事例远远不够。在本文中,我们着眼于以Einstein Telescope和Cosmic Explorer为代表的第三代引力波探测器,利用模拟的方法,预测未来引力波标准汽笛数据在宇宙学中的应用前景。本文的结论对引力波探测器的设计,以及未来的宇宙学研究均具有参考意义。在论文第2-4章,我们首先以广义相对论为基础,介绍了现代宇宙学的主要结论和引力波的相关理论,并说明以引力波标准汽笛作为宇宙学探针的原理。在后续章节中,我们将引力波模拟数据应用于宇宙学中的具体问题:为解释宇宙加速膨胀现象,研究者们提出了大量暗能量模型,引力波为限制暗能量模型参数提供了新的工具。在论文第5章,我们模拟出第三代引力波探测器的观测结果,并将其与现有数据联合,共同限制四种暗能量模型。结果表明,引力波数据的加入能够有效提高模型参数的限制精度,并缓解部分参数间的简并关系。空间曲率的值与宇宙的早期暴涨、后期演化和大尺度结构的形成密切相关,能否精确地限制空间曲率,是标准汽笛面临的另一挑战。在论文第6章,我们结合现有的宇宙时钟数据和模拟引力波数据,利用模型无关的方法计算曲率。结果显示,曲率的计算值与假设相符,且误差仅为10-1量级。准确地估计出波源的光度距离,是利用标准汽笛研究宇宙学的前提。在引力波的参数空间中,光度距离与倾斜角相互简并。如果能够解决简并问题,则光度距离的精度可以大大提高。在论文第7章,我们提出根据电磁对应体的性质,给出倾斜角的先验分布,从而打破简并的方法。借助模拟数据,我们验证了方法的有效性,并且发现,减小先验的范围和增加探测器的数量均能提高光度距离的精度。