在行星地质领域,对于行星表面地质信息的获取,如矿物成分,撞击坑构造,表面风化层的颗粒物理性质,很大程度上依靠研究可见光遥感数据来实现。其中,地质样品表面的二向反射分布函数(Bi-directional reflectance distribution function, BRDF)对于以上研究至关重要。BRDF是刻画一个物体或者堆积层表面在一定方向光照射下,如何向不同方向散射光的函数。例如,通过精确理解行星表面的BRDF,不但可以帮助我们校正不同几何观测条件下的遥感影像,还可以通过对比研究月球光学遥感数据和实验室模拟月壤测量数据,来反演真实月壤的化学和矿物成分。我们还可以通过研究月表原位光度学曲线来估算月壤颗粒的平均直径,这个方法已经应用在了嫦娥3号玉兔月球漫游车全景相机的数据分析工作中。另外,BRDF研究在大气遥感,工程和计算机图形学领域也有广泛应用。因此,设计制作一台性能可靠的多角度反射测量系统对于研究以上领域,特别是行星地质学和定量遥感学,具有十分重要的意义。本论文完整描述该仪器理论设计,三维和二维计算机辅助机械设计,机械加工,电路设计,光学设计和软件设计过程。通过C++程序设计,使系统具备了自动测量以及数据处理能力。通过单片机系统对控制伺服电机实现自动控制。通过监视器信号与接收臂信号相除,成功将激光不稳定性由4.57%降低带0.21%。我们对鲕粒样品,模拟月壤和模拟火星壤进行了初步测试,这些数据将会帮助我们后续开展地质样品的定量研究。同时,本论文结合嫦娥3号玉兔漫游车全景相机数据分析工作,探讨了月表原位多角度反射数据的获取方法和意义。