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光学遥感器由于发射振动、空间辐照和元器件老化等原因需要定期对其进行定标，主要有实验室、场地替代、星上等定标方式，其中星上定标是地球观测卫星委员会(CEOS)下属的定标与数据确认工作组(WGCV)优先推荐的定标方式，是地球观测卫星必须具备的定标方式。基于太阳-漫射板+稳定性监视器的星上定标方式可实现光学遥感器全光路、全视场、端到端的高频次、高精度定标，是星上定标的主要发展方向。然而，目前漫射板仅能在“平面内”以BRDF相对测量方式进行定标，参考标准来自国家计量院，由于传递链路长，不确定度在2％以上，不能满足定量化遥感和多角度遥感应用发展的需求。 BRDF绝对测量能有效提高BRDF测量精度，为了满足当前和以后高精度BRDF测量的需求，分析BRDF绝对测量原理，含“平面外”高光谱BRDF高精度测量系统主要需要解决3项难题:1）光源、样品和探测器之间的相对空间几何关系精确测定及变换;2）高亮度、高稳定度和高均匀性光源的设计及制造;3）高光谱大动态范围辐射信号及小信号的精确测量。 提出基于六轴机器人和中空分度盘的“串联式”变角方式，实现BRDF测量几何关系高精度构建和无遮挡全角度测量，并设计基于全站仪和标校板的检校方法对变角机构进行标校，机器人姿态精度优于0.07°，重复定位精度优于0.35mm，中空分度盘角精度优于2.45″。设计“内隐式”水冷积分球作为匀光器，分别配置氙灯和石英卤素灯作为光源，光束面均匀性优于0.45％，2h内的稳定性优于0.13％。设计高灵敏度大动态范围探测方式，分光可达纳米量级，信号探测可达皮安量级，104动态范围内非线性优于6.02×10-5。 “串联式”变角方式从样品后表面夹持样品，不存在转动机构对入射和反射光束产生遮挡的可能性，不仅扩大了角度测量范围，还可以降低了杂散光的影响。样品在测点完成三维转动，加上光源的一维转动，4维转动与BRDF测量的4角几何关系一一对应，可完成“平面外”BRDF测量。 建成后的BRDF绝对测量系统可在250～2500nm光谱范围内，天顶角0～75°，方位角0～360°内对样品进行高光谱自动测量，测量精度优于1％。装置可为光学遥感器全过程定标特别是基于太阳-漫射板的全光路星上定标提供全面的、高准确度的方向反射特性参数输入，以保障和提高光学遥感器定标中关键环节的精度，从而提升我国遥感定量化的水平。