目标反射光的偏振态与目标的内在属性及表面结构相关,蕴含着丰富的目标信息。由于人造目标与自然背景以及伪装材料之间的材质与表面特征不同,所以目标与光谱伪装背景反射光的偏振特征会呈现出较大的区别,因此,多角度多光谱偏振遥感技术对区分同谱异物现象,提高目标与背景的对比度,有独特的优势。构建适当的模型描述目标表面反射光的偏振态与目标表面参数的关系,进而利用偏振探测信息反演目标表面参数,是基于偏振探测技术进行目标识别的主要方式,然而,当前关于偏振探测技术在地物目标识别的应用上尚处于研究阶段,而且针对地物目标没有在模型中考虑偏振度随波长的变化规律,无法充分利用多角度多光谱偏振信息带来的优势,限制了多角度多光谱偏振信息的应用发展。本论文对多角度多光谱偏振信息的联合应用展开了研究,为多角度多光谱偏振探测技术在地物目标识别方面的应用提供依据,并指导多角度多光谱偏振探测仪器的指标设计,本文研究内容主要包括以下方面:首先,本文对金属类目标表面参数反演方法展开了研究,构建了适用于金属目标的多角度多光谱偏振二向反射模型。该模型通过引入Lorentz-Drude色散常数描述了金属目标的偏振特征随波长变化的规律,解决了传统模型无法充分利用光谱偏振信息反演目标表面参数的问题,增加了模型对光谱偏振信息的利用。此外,该模型通过引入偏振二向反射模型中的体散射分量以及遮蔽因子,准确描述了粗糙目标表面的体散射效应对散射光偏振态的影响,可以分析目标表面的结构特征,更适用于粗糙表面。蒙特卡洛仿真实验结果表明本文提出的金属多角度多光谱偏振二向反射模型对噪声有着较高的鲁棒性。对金属铜和铝的目标表面参数反演实验结果表明,参数反演结果与参考值相符合,证实了金属多角度多光谱偏振二向反射模型的有效性。其次,本文对非金属类目标表面参数反演方法展开了研究,建立了适用于非金属目标的多角度多光谱偏振二向反射模型。该模型针对不同类型的非金属目标如吸光类非金属(消光系数k不为0)以及透光类非金属(消光系数k为0)分别引入了Lorentz色散模型常数和Cauchy色散常数,以此描述非金属类目标的偏振光谱特征,这使该模型能同时利用多角度多光谱偏振信息反演目标表面参数,增加了多光谱偏振信息的利用率的。此外,根据不同目标表面的粗糙程度的差异引入了体散射修正系数,以便更准确地描述目标表面特征对目标表面散射光偏振态的影响,适用于粗糙目标。蒙特卡洛仿真实验表明本文提出的非金属多角度多光谱偏振二向反射模型在噪声环境下的适用性。同时,对石英和绿色涂层的目标表面参数反演实验结果表明,本文提出的模型提高了目标表面参数的反演精度,分析非金属目标的偏振特征提供了理论支持。最后,本文基于以上多角度多光谱偏振二向反射模型研究了适合目标参数反演的最优探测光谱范围、光谱通道个数以及角度个数。基于全局敏感Sobol算法,本文分别对金属及非金属材料的多角度多光谱偏振二向反射模型参数进行了敏感性分析,通过量化了模型中单个参数或几个参数改变时产生的方差对输出量的总方差的贡献,研究了模型输出量偏振度在不同波段下随模型中各参数变化的敏感程度,并以此挑选出适合各材料表面参数反演的最佳波段,这些波段范围内各模型中参数敏感度相对较高,有利于提高这些参数反演结果对测量噪声抗干扰性。此外,本文利用蒙特卡洛仿真实验研究了探测条件如光谱通道数以及角度个数在噪声环境下对目标表面参数反演精度的影响,总结出适合各类型目标参数反演的光谱通道数与角度个数,由此达到满足反演精度的同时避免了仪器指标过优造成浪费的目的,为地物目标识别应用的偏振探测仪器设计提供理论支持。