森林在地球系统中对水循环，碳循环和能量循环的平衡都起了重要的作用。在今后很长一段时间内，人类要应对问题日趋严峻的全球变暖问题，森林可以发挥很大的”杠杆”作用。森林的调查和研究越来越受到全世界的广泛关注。森林的分布面积如此之广给了遥感科学以用武之地，森林遥感在几十年的发展过程中，已经取得了很大的成绩，尤其是光学遥感，已经成功地获取到了全球性的森林分类图、森林叶面积指数图，从而使人类对地球上的森林二维面状信息有了全面的了解。但是森林是一种三维的客观存在，森林的三维信息主要通过森林中树木的最大高度、平均高度、各部分生物量等空间结构参数来反映。从理论上讲，要准确地了解碳蓄积量和碳变化，就应该获取更精确的森林高度与生物量等空间结构参数，这需要得到更多维度的遥感信息，相对于遥感技术在空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率已经实现了多元的拓展，而在观测的角度分辨率方面，尽管出现了少数多角度传感器，但是目前在理论体系完善以及开展应用方面都还有很多工作要做。　　 本文基于目前遥感相关模型研究的进展，从森林生长演替过程入手开始模拟，分别模拟了10种森林土壤类型从空地到150年的森林动态场景，这些场景序列被输入到森林BRDF模型，结合实测的地物光谱信息，得到相同时间段内森林场景对应的BRDF数据，这其中就包括了多角度遥感的观测值，然后使用多个成像角度的BRDF模拟数据与对应场景的森林统计信息，建立从遥感观测的多角度BRF直接映射到诸如叶生物量、干生物量、胸径、高度等一系列森林结构参数的查找表，从而实现了森林空间结构参数的反演。　　 研究工作中还包括了对CHRIS传感器模式三数据通过解决几何配准与大气校正等主要问题，得到了标准的反射率图像。计算了宽波段与窄波段的多个常见植被指数，分析其角度效应。引入新兴的光谱不变量理论对改善反演的简化程度与实用性进行探讨，并根据森林BRDF特性以及CHRIS角度采样少的情况提出新的角度指数，用于北美的Howland森林研究区反演森林高度、生物量等森林结构参数，其中最大高度的反演结果可以比拟激光雷达(LVIS)反演结果。　　 本论文的创新点体现在以下几方面：　　 1、针对多角度卫星遥感CHRIS数据具体成像模式，联合使用森林生长模型ZELIG与光学辐射传输模型DART，进行各种森林场景的BRDF模拟。通过在美国缅因州Howland实验区对真实场景和观测数据的实际应用，验证了方法的有效性。　　 2、建立了基于物理模型模拟的查找表反演算法，实现了树高、生物量等结构参数的估测，并用实测数据进行了验证。　　 3、根据物理模型模拟的结果，建立了基于多角度遥感数据的角度指数，提出了半经验算法，利用CHRIS数据实现了树高、生物量等参数的遥感反演，并与激光雷达数据反演结果进行了对比分析。