极化干涉合成孔径雷达(SAR)综合了极化信息与传统干涉信息感知能力,因其具备了全天时、全天候、远距离对目标电磁特征、空间位置、空间结构探测和环境监测的能力,在地形测绘、海洋监测、农林业测绘、军事侦察、气象制图、环境保护以及灾情监测等各个应用领域中表现出了巨大优势与潜力,已成为现代军事和民用遥感信息获取的重要手段。在单基线极化干涉SAR应用中,散射过程的模型失配极大地限制了地表地物信息的获取能力。极化干涉SAR技术的实用化要求对实际观测数据与雷达系统参数、场景特征参数之间的关联进行深入的分析与理解,还需要通过信号处理方法进一步提升地物参数反演精度。借助于海量的对地遥感观测数据,沿垂直航向空间观测通道的增加大大丰富了极化干涉SAR所能获取的目标信息量。多基线极化干涉SAR技术和层析SAR成像技术能够有效获取自然场景垂直结构的散射特征、实现复杂场景的三维重构,是现代成像雷达发展的一个重要方向。然而,地物目标对电磁信号的散射过程极为复杂,多基线极化干涉观测数据与目标散射特征之间的映射法则难以确定。在三维重构方面,层析三维成像受制于最优基线配置及实现的复杂性以及传统二维SAR成像处理误差的影响,其层析维聚焦性能的提升亟需高效稳健的高精度聚焦方法。针对这些问题,本论文旨在通过信号处理方法提高极化干涉SAR、层析SAR对地遥感探测信息获取的精度与稳健性,研究内容主要针对地表散射模型失配问题、单基线极化干涉SAR地表参数反演、双基线极化干涉分布模型构建与体散射解模糊、层析SAR基线优化设计与三维成像四个关键点。本文围绕×××预先研究项目“×××信息获取技术”、“×××载荷技术”以及×××探测技术项目“×××技术与实验研究”等项目研究任务,对极化干涉SAR地表参数反演、极化层析SAR成像进行了研究。全文内容主要围绕地表散射模型失配问题、单基线极化干涉SAR地表参数反演、双基线体散射解模糊和层析SAR基线优化设计与三维成像进行展开,主要内容可概括为以下四个部分:第一部分研究基于雷达系统参数和场景特征参数的地表散射模型构建。引出了散射过程的模型失配问题,分析了观测数据与雷达系统参数、场景特征参数(包括植被参数和地形坡度参数)之间的关联,确定了地形坡度参数对基于地表散射模型的植被参数反演结果的影响方式,建立了极化干涉信号与雷达系统及场景特征参数之间的映射关系,在模型级上解决了由地形起伏引起的模型失配问题。第二部分研究单基线极化干涉SAR地表参数反演信号处理方法。给出了植被覆盖下地形干涉相位的估计方法,提出了基于数据驱动的极化干涉SAR数据幅度、相位非平稳特性自适应校正方法。针对观测数据的非均匀分布特性,提出了映射空间均衡化校正技术。分析了以单一极化通道数据先验信息作为参考的失效情况,首次提出了基于地体散射比差异最大化的先验信息融合技术,并引入主成分分析方法,提高了线性变化模型特征提取的精度和稳健性。第三部分研究双基线极化干涉SAR地表参数反演方法。提出了双基线极化干涉SAR分布模型的构建方法,分析了双基线极化干涉SAR解决体散射估计模糊的基本原理,通过仿真试验分析方法验证了解模糊方法的有效性。分析了双基线观测数据的聚类现象,提出了基于最大一致性准则的双基线地表参数反演算法,并利用仿真数据对不同的长短基线比例条件下的算法性能和误差容忍度进行了分析与评估,该方法可以有效地解决体散射估计的模糊问题。第四部分研究极化层析SAR基线优化设计与三维成像。针对非均匀线性阵列阵元位置的优化设计,分析并推导了机载层析SAR系统阵列方向图的近场扫向不变性和阵元位置优化模型,提出了一种目标函数离散栅格化方法,将原问题近似为易于求解的极小极大最优化问题。针对自然场景的三维重构,提出了基于最优基线配置的全极化层析SAR三维成像处理算法框架,利用正射影像校正技术得到了大地坐标下的三维成像结果,实现了基于酉变换的全极化层析三维信息表达。