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多角度观测SAR是一种新型遥感信息获取与处理技术，特指成像系统通过平台运动来实现大视角范围连续成像观测。平台运动方式包括直线或非直线，甚至可以连续对目标进行360°圆迹观测。多角度SAR图像具有更高的分辨率和更佳的信噪比，且反映了目标的三维极化散射信息用于特征描述和地表覆盖物分类。通过对极化多角度观测体制进行特征建模和数据处理方法研究，有助于提取目标几何特征、抑制阴影，从而提高目标检测概率、地物分类精度以及目标精细识别能力。这在战略战术目标检测、军事侦察方面具有重要意义。 本文以圆周和直线航迹极化多角度SAR所带来的特殊观测方式为基础，开展多散射中心目标的极化多角度观测SAR数据建模并研究极化特征分析方法。基于模型研究与数据分析结论构建满足多角度散射中心的数据处理框架。在该框架下研究极化圆迹SAR特征提取和分类应用，以及直线航迹观测下的地形反演应用。具体研究内容如下: 在极化多角度观测SAR数据建模研究方面，建立了包含多角度观测与全极化获取散射矢量的数据表达形式及信号模型。分析了子孔径几何去相干现象及基本散射类型的去极化现象，提出了包含检测-消除-非相干累加三部分的DRIA框架。 在多角度极化SAR数据处理方法研究方面，实现了基于DRIA框架的数据处理方法。该框架针对圆迹SAR观测优化了似然比统计量;分析了相干斑的影响以及非均匀媒质在消除非各向同性散射后的极化熵变化趋势;利用虚警概率分布函数的单调性降低了计算复杂度。 在特征提取及分类算法方面，通过DRIA数据处理框架产生的SAR数据序列获得了似然比序列、孔径变化序列、极化熵变化序列、极化散射角变化序列及各向异性度变化序列五类特征。发展了一套通用的特征提取、归一化编码及初始化分类流程。 在直线航迹极化多角度观测SAR地形反演研究方面，建立了基于幅度比的方位向坡度与地距向坡度提取方法。建立了基于多角度观测的地物散射变化特征，并将其用于消除地物类型变化引起的虚假地形变化。采用混合差分方程及低分辨率高程定标点降低了低频高程误差。