场景定标是大视场遥感器在轨替代定标的常用方法，具有定标频率高、无需同步测量的优点。冰雪场景通常使用格陵兰冰盖（75°S，123°E）和南极冰盖（73.375°N，40°W）作为目标，由于其海拔较高（通常大于2 km），故受到大气影响较小，能够得到数据质量较好的定标样本。此外，冰雪在可见光范围以内光谱较为平坦，因而比较方便借助于其他定标方法实现波段传递。基于对前人极地场景定标方法的研究，将冰雪场景的地表双向反射分布函数（BRDF）和大气参数代入辐射传输模型之后，对我国高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪（DPC）载荷的在轨辐射响应变化进行测试，得出的结论与沙漠场景和海洋场景的定标结果吻合度较高，且定标结果的离散度更小。所提方法可以对载荷在轨运行期间的探测数据提供长期监测、校正，并有助于业务化应用产品的质量提升。

敦煌校正场是我国最重要的辐射校正场，地面目标的方向反射特性是影响场地定标精度的重要参数。对于在什么情况下需要校正地表反射率及采用哪种双向反射分布函数（BRDF）进行校正，尚无明确的研究。由于中等分辨率成像光谱仪（MODIS）精度较高，对MODIS影像进行了分析。首先利用2020年9月敦煌场地6组不同测量时刻下的无人机多角度观测数据，分别以6种不同核函数组合方式建立36个不同的BRDF模型，针对不同观测角度下的MODIS影像，分别计算BRDF校正前和BRDF校正后的表观反射率；而后与卫星实测表观反射率进行相对偏差的比较。实验结果表明，以28°的观测角度为界，当观测角度大于28°时相对偏差较大，且BRDF校正对结果的影响较大；在所建立的BRDF模型中，采用接近卫星过境时刻测量的多角度观测数据所建立的BRDF模型校正效果更好；且基于Rossthick-Lidense、RossThick-LiSparseR和Rossthin-LisparseR这三种核函数组合方式的BRDF模型所计算的表观反射率与卫星观测值的相对偏差都比较小。

由于受到外界环境的影响,卫星表面常常呈不规则的褶皱状,这会对其光学特性产生一定影响。故空间目标光学特性建模研究需要将表面褶皱考虑在内,但大量褶皱面元的存在会导致运算量剧增。在此将褶皱看作一种材质,提出基于宏观光学散射截面测量的双向反射分布函数(BRDF)生成方法,求得褶皱材质的BRDF数据,进一步利用误差逆传播(BP)神经网络建立了褶皱材质的BRDF模型,代替了复杂的褶皱建模过程,大大简化了计算,在保证精度的前提下解决了其实时性差的问题。同时,通过实验与仿真相结合的方式,将所设计的BRDF模型与传统BRDF模型进行对比,验证了所设计模型的误差远小于传统模型。

提出了一种基于场地地表高光谱双向反射分布函数模型的绝对辐射定标方法, 摆脱了对卫星过境时刻同步观测的依赖, 提高了遥感器在轨绝对辐射定标的效率与频次.利用无人机测量系统对敦煌辐射校正场进行了地表方向特性测量, 基于半经验核驱动模型反演了敦煌场地的高光谱双向反射分布函数模型参数.用地表双向反射分布函数模型直接计算的卫星观测方向的地表高光谱反射率数据替代卫星过境时刻场地的地表同步测量数据, 结合中分辨率成像光谱仪大气产品数据, 实现了对Landsat-8卫星的陆地成像仪(OLI)在可见光至近红外波段的高频次绝对辐射定标.Landsat-8/OLI第1~6波段的卫星观测表观辐亮度值与模型计算表观辐亮度值的相对偏差均小于5%, 标准差小于2%.基于无人机场地双向反射分布函数模型的绝对辐射定标方法的定标结果与卫星观测结果具有较高的一致性和稳定性.

风云四号A星在轨替代定标试验于2017年4月下旬在敦煌辐射校正场正式开展, 为满足地表反射率在遥感器视角方向上的校正需求, 利用便携式定点测量装置对敦煌戈壁地表进行了方向特性测量.定性分析了敦煌场地春季的方向特性, 并基于RossThick-LiSparseR核驱动模型反演了相应的双向反射分布函数模型参数, 构建了场地方向特性定量描述模型.对模型的计算值与实测数据进行线性回归分析, 得到2017年4月26日、27日和28日的修正决定系数分别在0.75、0.83和0.85左右, 验证了该模型对实测数据具有良好的拟合优度.利用模型计算太阳方位面上的各向异性因子并与中分辨率成像光谱仪双向反射分布函数模型参数产品的历史数据进行对比发现, 当观测天顶角小于40°时, 二者相对偏差在波段2和波段4均小于1.56%, 波段5小于3.12%.这说明构建的模型能较好地描述敦煌场地方向特性, 验证了试验数据的可靠性.

为了表征不同涂层表面的偏振光学散射特性,在基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型的基础上,针对不同涂层样品提出了一种适用范围更广的多参量偏振双向反射分布函数模型.采用遗传算法对实验数据进行模型参量拟和.实验结果表明,对几种不同的涂层样品,这种多参量模型的模拟计算结果与测量结果均能较好吻合,可以为后续的目标偏振特征提取与识别工作提供参考.

介绍了双向反射分布函数(13RDF)的概念和反映植被特性的归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、差值植被指数(DVI)等一些重要指数参数。评述了近年发展起来的植被BRDF模型的构建方法，例如统计反演方法，MODIS植被指数合成法和集合卡曼滤波法(EnKF)。分析了目标表面BRDF数据的获取方法和改进的驱动核算法。对BRDF模型的发展趋势进行了展望。