目标与背景环境光学特性的研究在目标的探测、识别以及制导等领域都发挥着重要作用,因此研究起伏地物的双向反射分布函数(BRDF)特性,建立地背景光辐射特性数据库和模型,对地背景光学特性的研究具有十分重要的意义。论文介绍了典型地物的BRDF模型,比较了模型的特点及优劣。基于数字高程模型(DEM),利用3DS MAX软件建立了起伏地形的三维网格模型。利用坡角及坡向得到了坡面像元的平均法向,通过坐标系转换,计算了任一坡面在局部坐标系下对应的太阳入射及观测几何。在可见光及近红外波段,考虑了遮蔽效应,建立了裸露起伏地表的BRDF模型,并验证了该模型的正确性。研究了不同地物覆盖的起伏地表BRDF的分布特性,结果表明:地形的起伏以及太阳与观测角度的变化都会导致光照及遮蔽情况的改变。在太阳几何一定的情况下,不同起伏地形的BRDF随观测方位角的变化呈不对称分布,且近垂直主平面方向比近主平面方向的BRDF整体偏大;对于同一地形,随着太阳天顶角增大,地表BRDF呈减小趋势;随着波长增加,地表BRDF呈增大趋势。此外,在给定的波长下,积雪BRDF值最大,其次是土壤、沙漠。基于蒙特卡罗方法模拟的随机起伏地表,分析了影响裸露起伏地表BRDF的因素。结合目标样片BRDF测量数据,建立了目标与地背景的复合光散射模型,计算了目标与起伏地表的光散射亮度。分析了地形起伏、地物类型、目标姿态等因素对目标与地背景对比度的影响。可以得出结论:积雪覆盖地表亮度非常大,土壤与沙漠地表亮度接近,因此除了地形起伏程度外,地物类型是导致目标与背景对比度变化的因素之一。此外,目标的姿态也在一定程度上影响对比度。仿真结果表明若将地表视为朗伯体,计算得到的地表亮度与实际值相差很大,从而带来较大的误差。