探地雷达(GPR)是一种无损探测技术,通过天线向地下发射高频率的电磁波,接收到的电磁波由于地下媒介电磁特性和物理性质的差别,其路径、强度、波形都会发生改变,以此探知地下物质的物性差别。因探地雷达具有便捷,非破坏性,数据采集快等一系列优点而被广泛应用在工程建筑,考古研究,环境监测,地质勘探,矿产勘查以及未爆炸弹探测等各个领域。目前商用雷达大多数是单极化雷达,单极化雷达只能获得单极化数据。这对于某些重要的线性目标体如缆线,管道等却无法进行有效地识别。全极化探地雷达中通过接收来自不同极化方向的电磁波,分析不同目标体反射的电磁波信号中不同的矢量特性,研究各矢量分量之间的关系,更好地获得目标体的位置及走向等各方面信息。此外全极化能够分析目标体的极化特性,由全极化散射矩阵表述。通过该矩阵可以了解目标体在每个测点上的极化特征,这些极化特征既包括共极化信息也包括交叉极化信息,从而全极化较单极化而言能够获取目标体更为全面的极化信息。虽然全极化雷达已被广泛的应用在微波遥感领域,却很少被应用在GPR的探测中。由于地下不同的目标体往往有不同的散射极化特征,这些产生不同散射极化特征的目标体不太容易被单极化GPR识别,却可能被全极化GPR进一步识别出来。加之大部分商用雷达也都只能得到单极化数据,因此用单极化采集模式得到全极化数据就格外重要。本文主要从以下几个方面进行介绍:(1)着重介绍了基于单极化采集模式构建的全极化数据理论推导方法以及H-alpha这种微波遥感领域的极化分解技术;(2)从理论到室内实验数据再到野外实验数据验证了基于单极化采集模式构建的全极化数据方法的正确性和可行性;(1)计算三个目标体(球,圆柱体和二面体)理论散射矩阵对应的H和alpha值,得到H-alpha理论的二维特征空间分类图;(2)实验室环境下得到的三个目标体(球,圆柱体和二面体)的实测数据集计算每一个数据点的H和alpha值,得到实验室环境下的H-alpha数据集的二维特征空间分类图;(3)将室内实验数据的二维特征空间分类图与理论散射矩阵得到的H-alpha二维特征空间分类图对比,具有很好的一致性。(4)最后将基于单极化采集模式构建的全极化数据应用于野外排水管道识别,有效地识别出排水管道。(3)考虑到地下相距较近的不同类型目标体的极化属性可能会相互影响,以管道为例对极化属性相互影响的情况进行了探讨:(1)在多个管道极化属性相互影响的情况下,提取了多个管道目标中任何一个管道目标的极化属性,用基于单极化采集模式的全极化数据能够一一识别出地下管道;(2)在管道极化属性受到其他非线性目标体影响的情况下,提取了受其他目标影响的管道目标的极化属性,用基于单极化采集模式构建的全极化数据很好地识别出地下管道,此外对管道和非线性目标体之间相互影响的情况也进行了定型的探讨。