表面粗糙度是影响土壤在微波波段发射和散射辐射的主要因素之一，对主被动微波遥感研究与应用有着重要的作用。但是，由于微波后向散射还受介电特性、穿透深度等因素的影响，在微波遥感应用中往往难以单独考虑介质表面粗糙度，给参数估算与反演带来了一定的困难。而在可见光、近红外波段，粗糙度作为土壤表面重要的结构参数之一，直接影响着土壤的二向反射分布特征。因此，本研究尝试利用多角度观测信息，反演土壤表面粗糙度，探索将光学和微波遥感数据相结合估算地表参数的新方法。为模拟不同粗糙度条件下土壤表面像元的二向反射分布特征，本文建立了裸露土壤表面反射几何光学模型。假设裸土像元由随机分布于平坦表面的土壤颗粒组成，将土壤颗粒近似为半椭球体。并尝试利用多阶段目标决策方法对模型进行反演，估算土壤颗粒的几何结构参数，进而计算土壤表面均方根高度，作为表面粗糙度的衡量指标。最后，利用地面实测的多角度数据对模型及反演方法进行了验证，结果表明利用光学遥感估算土壤表面粗糙度的方法是可行的。