本文针对激光雷达与大气颗粒物浓度作出了以下研究:(1)对课题的研究背景做了简单的介绍,重点讲述了激光雷达的分类,特点,以及激光雷达测量PM2.5的优势和国内外激光雷达探测大气气溶胶的研究现状。(2)主要介绍了高斯光束的特点以及在真空中的传输特性,讲述了大气的组成成分,以及大气气溶胶与光子的相互作用,重点讲述了米散射特性,简单讲解了蒙特卡洛模型。(3)根据米散射理论和激光传播方程,建立PM2.5颗粒物浓度与后向散射光强的关系模型,并提出了基于电荷耦合器件(CCD)后向散射激光雷达的实时PM2.5颗粒物浓度的监测方法。设计了以532 nm激光器为光源、CCD为接收器的后向散射激光雷达实验装置。根据获得的实时大气颗粒物后向散射图像,提取灰度值矩阵并分析了散射图像的光强分布;对比赛默飞世尔科技公司的PM2.5监测仪(SHARP)的实验结果,拟合了PM2.5颗粒物浓度与散射光强的5个关系式,拟合度均在0.95以上。这种成本较低、操作便利的实时PM2.5颗粒物浓度监测装置的推广,有助于建立PM2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图,具有重要意义。(4)主要介绍了一种新的方法——噪声平均化法,即获取N幅同一时间段的图片的灰度值矩阵,然后对N个矩阵做加法,最后对N个矩阵的和求平均,求出灰度值矩阵的平均值。通过实验以及对实验图片进行处理,噪声平均化法获得良好的实验结果。并且随着N的增大,噪声的消除效果越明显。利用噪声平均化法处理的实验图片,提取了处理后的图片的灰度值矩阵,利用该矩阵,得出了CCD成像仪接收到的33度到145度范围散射角的激光信号散射光强。通过CCD成像仪接收散射光强与激光传输光强的关系式,反演出了下沙区的大气颗粒物的散射系数,得到了大气颗粒物散射角与散射系数的关系曲线。(5)建立了光子多次散射的蒙特卡洛模型,取非对称因子g分别为0、0.2、0.5、0.8、0.95时对蒙特卡洛的Mie散射模型进行仿真,得到多幅进入了光子检测器的光子数随着散射角的变化的分布图,仿真结果与非对称因子十分吻合。并且在g取0时,取L分别为300 cm、400 cm、500 cm、600 cm,光子检测器在x轴坐标分别为150 cm、200 cm、250 cm、300 cm,d的值分别为30 cm、40 cm、50 cm、60 cm,其它参数均不改变,对上述参数的蒙特卡洛模型进行仿真,仿真结果为多幅进入了光子检测器的光子数随着散射角的变化的分布图,得出了光子检测器越靠近激光光束,则进入光子检测器的光子数成比例增加的结论。