作为极化SAR理论和应用的物理基础，本论文首先从电磁波的极化特性入手，给出了极化电磁波以及目标极化散射特征的各种描述表征方式，利用极化合成原理，描绘了一些典型目标的极化响应。在深入理解极化方位角估计和阴影成形(Shape from Shading)的基础上，开展了单次全极化SAR飞行生成数字高程模型的研究。最后，通过不同极化状态下的干涉相干性与面散射和体散射的关系，利用两层随机植被相干模型即RVoG模型对森林结构参数包括森林高度和森林垂直结构剖面的提取进行尝试和研究。本文的主要研究内容和研究成果为以下几个方面：　　 1)研究并提出一种结合极化方位角估计和阴影成形技术的单次全极化SAR飞行反演地形高度的方法。首先从全极化SAR数据中用圆极化方法估计由地形方位向坡度引起的极化方位角偏移量，然后，利用后向散射强度信息建立其与地表坡度参数的联系。在获得地形方位向和距离向坡度后，利用加权最小二乘算法由地形坡度反演出地形高度。实验结果证实了该方法提取地形高度的有效性，且与两次极化SAR飞行方法精度相当。当极化数据有限时，该方法可作为一种可选择的方法用于提取场景的地形高度。　　 2)研究并改进一种单频率单基线稳定相位法用于估计森林高度。利用ESPRIT算法和相干直线拟合分别估计冠层相位和地形相位，根据其相位差计算出对应的森林高度。并且用Gomez-Dans局部相干优化算法替代C&P全局相干优化算法估计最优干涉相干性，用于准确估计相干拟合直线获取地形相位的两个候选交点，通过两次模型匹配选择地形相位的正确位置。模拟森林极化干涉SAR数据的实验结果表明，该方法估计的森林高度精度优于ESPRIT算法和三阶段解析几何法。　　 3)研究并改进一种单频率双基线两次拟合法用于估计森林高度。通过引入新的基线数据，在一定程度上可以克服单基线方法估计过低的缺陷。在第二次拟合时采用体相干系数代替相干直线以避免较大不稳定的估计动态范围。模拟数据实验表明，双基线两次拟合法比三阶段方法精度有较大的提高，同时与稳定相位法相比具有更好稳定性。因此，该方法获得的地形相位和森林高度进而用于后续的森林垂直结构剖面的绘制，利用模拟和真实数据进行双基线极化相干层析，并对结果进行了分析和解释。　　 4)研制并开发了极化SAR处理软件平台，即CAESAR-POLSARo在了解国内外极化SAR处理软件或模块的发展现状的基础上，为各种极化数据类型提供了专业的图形显示解决方案，并通过自定义文件组织格式实现了各类极化文件信息的快速获取和管理。同时集成了一些极化基本处理、极化滤波、极化定标、极化分类以及极化干涉模块，从而搭建了该极化SAR处理软件平台的整体结构。