作物冠层叶绿素含量呈垂直异质性分布,作物缺氮时往往下部叶片先褪绿变黄。因此,及时准确监测作物冠层叶绿素含量垂直分布状况对作物养分精准管理具有重要意义。遥感技术在地表农作物理化参数信息获取与解析方面比传统的地面获取方法有若干优点,包括可及时获得、成本低和覆盖面广等特点,因此,遥感技术在作物长势监测中得到了非常广泛的应用。然而,传统遥感多为单一垂直方向观测,对作物垂直冠层不同层次特别是中下层叶片的探测能力仍较有限。多角度遥感技术通过对作物冠层多个角度的观测,使作物冠层三维空间光谱信息量得以在很大程度上增加,从而实现对作物冠层理化参数垂直分布的遥感监测。另外,无人机遥感具有成本低、对天气条件要求低等优势,在农作物长势监测中,应用逐渐趋于广泛,其高分辨率影像的纯像元光谱在一定程度可以作为冠层尺度光谱数据的替代。本研究以玉米和小麦作物为研究对象,利用地面多角度高光谱和低空无人机高光谱观测手段,研究建立作物冠层叶绿素含量垂直分布遥感监测方法,最终实现对作物叶绿素含量垂直分布的遥感监测,对及时诊断作物早期养分亏缺状况与施肥决策具有重要意义。主要研究结果如下:（1）针对小麦冠层叶绿素含量垂直分布遥感监测问题,通过小麦多角度观测实验,研究建立基于观测天顶角组合策略的小麦冠层叶绿素含量遥感监测方法,结合改进型叶绿素吸收比值植被指数（TCARI）和叶绿素吸收比值植被指数指数比改进型土壤调节植被指数（MCARI/OSAVI）分析了不同观测天顶角下光谱指数之间的信息冗余程度,并确定了不同层次叶绿素含量对整体光谱响应的贡献。结果表明,将观测天顶角10°用作确定上层的叶片叶绿素含量的观测天顶角,将10°和30°用作中层叶片叶绿素含量的观测天顶角,将10°、30°和50°用作下层叶片叶绿素含量的观测天顶角。所建立的多角度监测模型可以在一定程度上减弱上层叶片叶绿素含量对中下层的影响,从而获得中层和下层叶片叶绿素含量精度更高的监测效果。（2）针对玉米不同生育期因结构参数发生较大改变,从而降低冠层叶绿素含量垂直分布遥感监测能力的问题,本研究通过对玉米不同生育期（拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗期、吐丝期、乳熟期和蜡熟期）的多角度（观测天顶层为0°、10°、20°、30°、40°、50°和60°）遥感观测实验,研究不同生育阶段玉米冠层叶绿素含量垂直分布多角度遥感监测敏感观测角度和敏感植被指数。结果表明,桉树色素指数（EPI）和红边拐点指数（REIP）两个叶绿素敏感指数与玉米冠层相对叶绿素含量（SPAD值）之间具有很好的相关性;对于生育前期（抽雄期之前且不含抽雄期）,玉米冠层从上至下第一层,第二层和第三层叶绿素含量的最佳观测天顶角分别为0°、30°和40°;对于生育后期（抽雄期之后且包含抽雄期）,玉米冠层第一层、第二层和第三层叶绿素含量的最佳观测天顶角均为50°,第四层叶绿素含量的最佳观测天顶角为40°。通过敏感角度的筛选,EPI和REIP均可以很好地估算冠层各层的叶绿素含量。因此,冠层多角度光谱反射率能够准确估计玉米冠层叶绿素含量的垂直分布,不同垂直层的最佳观测天顶角在不同生育期有所不同,生育后期的第四层叶片叶绿素含量的遥感监测能力有限。（3）针对多角度光谱对玉米不同冠层深度叶绿素含量的监测方法和能力同样有待研究的问题,本研究通过对玉米不同生育期的多角度遥感观测实验,探讨了针对玉米冠层叶片相对叶绿素含量（SPAD值）垂直分布的最大监测深度,并基于观测天顶角筛选确定了最佳监测模型。结果表明,在生育前期,利用EPI指数可以对冠层所有层次进行监测;在生育后期,利用50°观测天顶角可以实现冠层最大的探测深度,探测深度可达上三层,但随着探测深度增加监测能力不断下降,将探测能力较差的第四层纳入整体冠层（即上四层的监测）会造成监测精度的下降。（4）针对高分辨率无人机高光谱对玉米冠层不同层次叶绿素含量的探测能力问题,本研究通过玉米无人机高光谱观测实验无人机高光谱成像数据,研究了机载高光谱成像数据对玉米冠层叶片叶绿素垂直分布的监测能力。结果表明,基于玉米乳熟期垂直观测机载高光谱成像数据,可以对玉米第一层至第三层的叶绿素含量进行有效监测,而对第四层叶绿素含量的监测效果较差。论文的主要创新性贡献包括:（1）建立了针对小麦不同垂直层次采用不同观测天顶角组合策略的多角度遥感监测方法。充分考虑小麦冠层不同垂直层次叶片叶绿素含量对不同观测天顶角下光谱指数的作用变化,针对不同垂直层次的遥感监测难度的差异,对于不同垂直层次采用不同数量的观测天顶角或观测天顶角组合策略,一定程度上减弱了非监测目标层次的影响,实现了小麦冠层叶片叶绿素含量垂直分布的精确监测。（2）建立了玉米不同生育阶段的冠层叶绿素含量垂直分布多角度遥感监测方法。提出了针对玉米分生育期前期（抽雄期前）和生育后期（抽雄期后）采用不同观测角度的玉米冠层叶片叶绿素含量垂直分布遥感监测方法,减弱了生育前期和后期因冠层结构特征变化对叶绿素含量遥感监测的影响,实现了叶绿素含量垂直分布的高精度监测。