为得到空间目标高质量仿真图像，正确仿真目标包覆温控材料形成的褶皱表面十分重要。采用反向光线跟踪方法建立辐射传输模型，针对常用温控材料聚酰亚胺的褶皱表面引发的二次反射和材料的菲涅耳反射现象，采用余弦权重重要性采样对二次反射计算时的光线区间进行优化，改进了可描述菲涅耳反射现象的双向反射分布函数（BRDF）模型。利用3D建模软件生成并量化褶皱平面，在严重褶皱上重要性采样的均方根误差比均匀采样减小了63.42%，通过与实测BRDF值对比，改进BRDF模型能更好地描述菲涅耳反射，从褶皱平面仿真图像中可看到离散的强镜反亮斑。仿真的卫星图像褶皱表面细节纹理展示良好，阴影效果逼真，可为空间目标视觉导航算法研究提供图像数据。

风云三号D星（FY-3D）中分辨率光谱成像仪II型（MERSI-II）已在轨运行超过5年，经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云（DCC）目标对MERSI-II大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估，为提高该方法的稳定性，对基础DCC定标方法进行了优化。首先，比较了当前两种DCC双向反射分布函数（BRDF）模型的校正效果，采用月度反射率概率密度函数（PDF）众数和均值分别对反射率长时间序列稳定性进行分析。结果表明：对可见光和近红外波段使用CERES厚冰云BRDF模型校正的反射率PDF众数较优；短波红外波段反射率PDF均值较优，但对于两种BRDF模型均不敏感。其次，针对BRDF模型在短波红外波段无明显校正效果的问题，提出了一种基于反射率拟合残差和滑动平均值的去季节性方法。该方法显著改善了2018—2022年短波红外波段月度DCC反射率序列的相对标准差和波动性，分别降低了约22.2%和53%。这种去季节性方法为其他卫星光学传感器基于DCC目标的辐射定标研究提供了参考。最后，使用上述方法对MERSI-II的11个反射太阳波段辐射响应进行定量评估，发现蓝光通道和全部短波红外通道出现显著衰减，该评估结果将作为FY-3D/MERSI-II业务定标更新的重要参考依据。

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。

双向反射分布函数（BRDF）是星载遥感器进行场地替代定标中的重要参量，随着技术的进步，低空自旋翼无人机已经成为了获取场地BRDF的便捷高效手段，通过现场测量准不变定标场的无人机多角度观测光谱数据，建立更加准确的BRDF模型还能进一步挖掘潜力。提出一种基于地-空双光谱仪联合观测加漫射板观测并消除漫射光影响的BRDF建模方法。使用无人机搭载光谱仪进行场地光谱的低空测量，获取半球空间内多角度下的场地光谱数据，同时开展地基光谱仪联合同步测量漫射参考板，连续记录照明光场的变化以及漫射光照明下的场地光谱数据。联合空地双光谱仪对目标和参考板实测的辐亮度数据，结合太阳及观察角度之间的几何观测，计算场地的多角度反射率。基于Ross-Li核驱动半经验模型对多角度反射率数据进行拟合，采用最小二乘法对模型系数进行拟合，以得到最优的场地BRDF模型，并对模型进行漫射光校正。实验证明，经漫射光校正后的BRDF模型各波段的相对偏差均值都在5%以内，相对偏差标准差在3%以内，有效消除了场地BRDF建模在漫射光照射下的干扰，提高了BRDF建模的准确性。

为了表征伪装涂层表面的辐射偏振特性，以Priest Germer（P‐G）模型为基础，针对镜面反射和漫反射，建立一种基于几何衰减效应的二分量偏振双向反射分布函数（pBRDF）模型，引入镜面反射系数和漫反射系数，推导出红外辐射线偏振度模型，并对此模型进行校验，结果与实验数据吻合较好。数值分析涂层表面粗糙度、几何衰减效应及漫反射效应对红外线偏振度的影响，结果表明，涂层表面粗糙度越大，由粗糙度引起的遮蔽阴影效应越明显，对应涂层的红外线偏振度越小，且目标涂层的环境辐射与其红外线偏振度呈负相关。上述结果为实现**伪装和反伪装、目标识别等提供了理论支撑和技术支持。

针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题，提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理，优化设计了折反射超广角成像光学系统，实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量；校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度，校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%，周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%；通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果，证明了所提表面反射光场测量方法的可行性，丰富了粗糙表面反射光场的测量手段，为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

作为燃气轮机的核心部件, 涡轮叶片长期在上千度的高温下工作, 为了保证叶片安全可靠地运行, 需要对其温度进行实时的监测。 辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法, 其测温精度与叶片材料反射特性关系密切, 如何预测不同方向反射能量的大小, 减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。 为了预测叶片反射能量大小, 提高辐射测温的准确性, 对涡轮叶片常见材料--完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。 采用对比法作为实验测量的方法, 先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法, 之后自主搭建了试验台, 在温度分别为25, 900和1 100 ℃, 波长分别为1 060, 1 550和1 908 nm的条件下, 控制入射天顶角及反射天顶角在0°~60°范围变化, 方位角在0°~180°范围变化, 测量计算出了多组BRDF值, 分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。 最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合, 并与实验测量结果进行了对比, 得到了较好的结果。 研究结果表明, 温度、 波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小, 在涡轮叶片工作的温度范围变化不大, 辐射波长变化不大时, 可忽略二者对BRDF的影响。 而入射天顶角、 反射天顶角与方位角对BRDF的影响很大, 入射天顶角与反射天顶角大小越相近, 方位角越接近180°, 测量探头所处位置与镜面反射方向就越接近, 试样的镜面反射特性就越显著, BRDF就越大; 反之, 当探头远离镜面反射方向, 漫反射占据主导, BRDF将呈现快速的衰减。 实验结果显示完全氧化DZ125具有很强的镜面反射特性。 Modified Phong模型拟合得到的结果, 能够较好地反映出完全氧化DZ125的双向反射特性。 这一模型简单可靠, 适用于后期采用蒙特卡罗方法进行数值模拟研究, 以预测完全氧化DZ125材料的反射能量分布, 为后续开展涡轮叶片辐射测温的研究提供理论基础。