在海洋监测、化工、生物等领域，通过测量颗粒物体散射函数(VSF)，获取微小颗粒物形貌特征是一种新兴的无损测量技术。然而，目前商用测量仪器仅能测量一维体散射函数，故其相应的粒径分析技术具有局限性。针对海洋颗粒物粒径分析的应用需求，本论文围绕颗粒物悬浊液的三维体散射函数测量系统的设计、实现与海洋现场试验展开研究。
　　论文计算分析了水体中悬浮亚微米颗粒三维空间内的散射光分布特性，研制了一套基于空间映射的三维体散射函数测量系统，可获取被测样本溶液二维散射光分布图像，进而快速分析水体、微小颗粒物悬浊液在三维空间内的散射光分布特征。利用该系统样机测量了粒径60nm至1μm的11种标准球形颗粒的三维体散射函数，测量结果可重复性好，并与Mie理论计算获得的三维体散射函数吻合。
　　论文提出了一种由颗粒物悬浊液二维散射光分布图像复原其三维体散射函数的算法，并由三维体散射函数提取任意散射面的一维体散射函数，从散射光强、偏振特性等对亚微米颗粒物的散射光分布进行了理论分析。数据分析结果表明，当入射光偏振方向固定为沿竖直方向与沿水平方向偏振时，实验装置能在单次测量中获得被测颗粒从散射角θ范围(21°,160°)，方位角φ范围(1°,89°)内的VSF曲线。
　　为提高水体三维VSF测量装置的测量效果与使用范围，进行了浓度对比实验与不同粒径颗粒的混合实验，并引入数据处理方法校正实验结果。浓度对比实验的结果排除了颗粒二次散射的影响。而混合实验的结果则表明，通过测量悬浮颗粒的三维VSF能够识别出不同粒径的亚微米颗粒。为修正聚合影响，引入与双颗粒聚合体体积相同，即粒径相当于单个粒径126%的等效球体，利用等效球体的一维VSF曲线生成补偿矩阵去校正实验VSF曲线，可以使得粒径200nm以下的颗粒获得非常准确的结果，使其在几乎所有散射面上的平均相对误差都降低至15%以下，同时相关系数提升至0.990以上。
　　根据实验结果优化测量系统，搭建了海水三维体散射函数现场测量样机，在2016年夏季参加国基金资助的“东方红2号”海洋科考船黄渤海海洋科考调查，获取了渤黄海域25个站点，80层海水及其过滤水的三维体散射函数。观察并分析了不同站位，不同水层的纯海水散射光分布之间的明显区别。测量结果表明靠近海岸和海床的海水中颗粒含量较高，而且在纯海水中，粒径0.7μm以上的颗粒对于散射光的贡献占据主导地位。
　　本论文设计并研发的水体三维体散射函数测量系统，能够一次性测量三维空间多个散射面上的体散射函数，具有实时性、数据一致性，进而为现场分析海洋浮游微生物的时空分布提供可能。