目标的极化特性与其形状结构有着本质的联系,能够反映目标表面粗糙度、对称性和取向等其他雷达参数不能提供的信息,是完整刻画目标特性不可或缺的。从极化SAR图像数据中,可以提取目标的极化散射特性,包括目标定向角、散射类型、螺旋性、对称性等,以细致地刻画目标的特征,以及进一步实现全极化数据的分类、检测和识别等其他应用,其中提取目标的散射特性的核心是目标极化分解理论。　　 本论文主要进行极化SAR目标散射分解模型的理论研究并应用极化分解参数进行地物特征描述以及地物分类。主要研究内容如下:　　 (1)基于目标散射矩阵的极化分解模型研究。分析表征对称散射体的复平面单位圆空间,将复平面单位圆映射到更加直观、合理的对称散射空间单位球；简化对称散射空间的度量矩阵,提出一种对称散射空间分类方法；分析Cameron分解中的最小对称散射分量特征,提出一种极化相干目标分解的统一三分量散射模型,使得Pauli分解、SDH分解、Cameron分解以及TSVM模型都可以表示为此模型在特殊限定条件下的等价形式,且基于统一三分量散射模型,证明了SDH分解与Cameron分解的等价性,修正了TSVM模型的求解过程。　　 (2)基于目标散射矩阵的地物分类方法研究。在极化分解统一三分量分解模型的基础上,分析极化分解旋转不变参数与其他极化参数,并以旋转不变参数为基础,结合SDH分解的求解过程,提出一种基于目标散射矩阵的散射体分类方法,将散射矩阵分为12类；最后将这种散射矩阵分类方法与基于复Gaussian分布的极大似然分类器相结合,提出一种保持目标散射特性的非监督极化SAR地物分类方法。　　 (3)基于目标相干矩阵(协方差矩阵)的极化分解模型研究。分析极化相干矩阵与极化协方差矩阵,提取了能够反映目标基本散射特征的若干参数；基于Freeman-Durden分解模型,提出了一种旋转不变的三分量非相干分解模型,将目标协方差矩阵消除定向角后再进行三分量分解,并改进了体散射分量的协方差矩阵；以统一三分量散射模型中的螺旋性参数为基础,将Freeman-Durden三分量散射模型按反射对称与反射非对称两种情况分别进行讨论；基于统一三分量分解模型,对Cloude分解模型的目标方向角参数进行了修正,以统一三分量模型提取的二面角-三面角散射类型参数α,代替Cloude散射角α,并将螺旋体散射类型引入到H/α分类平面。