近些年来,我国经济条件迅速发展,居民生活条件不断提高,对环境质量的要求不断提高,但是我国对于目前空气质量有效的评价政策不健全,我国环境质量的治理迫在眉睫。目前主要的光散射激光雷达测量PM2.5浓度的有侧向散射激光雷达和后向散射激光雷达。由于后向散射激光雷达存在盲区,无法对近地面进行测量。侧向散射接收到的散射光信息量相对较少,可能造成有效信息丢失。本文主要研究了前向散射激光雷达反演PM2.5浓度机制,内容如下:(1)简单阐述了选题的背景,叙述了国内外所使用的颗粒物监测技术以及各个国家的监测现状,介绍了关于光散射法的国内外研究现状,分析了未来的发展趋势。(2)描述了空气介质中颗粒物的光散射特性,同时详细分析了Mie散射理论的特征以及数值计算过程。仿真了不同粒径和不同粒子浓度占比对于前向散射光强分布的影响,并比较前向散射光强分布和后向散射光强分布的占比。(3)根据Mie散射理论搭建了基于CCD前向激光散射雷达的实验装置,利用该实验装置得到不同浓度条件下的CCD回波信号图,根据回波信号图灰度总值的大小分为S(0)、S(20)、S(40)、S(60)、S(80)5个等级模型,拟合了光强总值和PM2.5监测仪实测值的拟合公式,并用该拟合公式进行了PM2.5浓度的反演,并对其误差进行分析。(4)对侧向和后向散射激光雷达进行了对比分析,使用S(20)模型进行实验探究,通过拟合S(20)模型条件下采集到的回波信号图灰度值和BAM-1020实测PM2.5浓度,并使用拟合公式反演得到的PM2.5浓度,将其和BAM-1020实测的PM2.5浓度进行拟合分析。为了更好的分析三种散射激光雷达预测模型的测量有效性,从低浓度、中浓度和高浓度三个等级方向对于三种激光散射激光雷达预测模型的测量误差进行分析,并给出了结论。(5)提出了一种基于Delphi7.0的实时图像处理软件。由于激光散射雷达测量气溶胶浓度的初始数据为CCD采集到的回波信号图,数据量庞大,并且回波信号图中处理起来比较繁琐,需要对其进行叠加平均化、去噪、裁剪和提取灰度值等预处理操作,方便进行后续反演研究。本软件实现了对激光散射雷达回波信号图的批量实时处理,同时为了解决了图片采集失真问题,使用双缓冲采集方式。