对星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据进行干涉处理可实现地面场景的高程测量和海洋、洋流运动的监测等;对星载SAR数据进行极化处理可应用于地物分类、植被高度和土壤湿度测量等。目前,高分辨率是星载SAR系统的一个重要发展方向,然而高分辨率SAR数据处理面临数据量剧增、传统算法性能下降等问题。本文旨在提高星载高分辨率SAR数据干涉和极化处理的效率和精度,主要开展了以下研究工作:(1)国内外研究总结与重要概念阐述总结了国内外星载SAR系统近年来的发展、高分辨率SAR干涉和极化处理的研究现状。介绍了SAR干涉和极化处理基本原理并阐述了几个重要的概念:零多普勒成像、模糊高度、相干系数、电磁波极化、散射矩阵、极化协方差矩阵和相干矩阵等。(2)高分辨率SAR复图像的精确配准技术针对高分辨SAR复图像配准存在的困难,主要开展了以下研究工作:分别介绍了传统基于雷达几何和复图像相关/相干的配准方法。雷达几何法的二维偏移量估计误差随地形变化可以忽略,随方位和斜距的变化可用多项式模型表示;复图像相关/相干法的偏移量估计精度严重依赖于数据质量,图像对相关/相干性较高时,可达到很高的配准精度。提出一种联合雷达几何法和复图像相干法的SAR复图像配准技术,利用复图像相干法估计格网点的偏移量,选择相干性较高的格网点对雷达几何法的偏移量误差进行多项式拟合和校正,提高偏移量估计精度。提出一种基于递推公式的星载SAR高效定位算法,并将该方法应用于SAR图像几何配准中以提高处理效率。通过建立二维格网,SAR图像像素被划分为格网像素和非格网像素。该方法利用3组递推公式计算非格网像素与相邻格网像素之间的三维位置增量,将位置增量和格网像素位置相加即可得到非格网像素位置。对于SAR图像几何配准,非格网像素的二维偏移量可表示为格网像素偏移量与偏移增量之和,偏移增量同样利用这3组递推公式计算得到。(3)高分辨率干涉相位图的高精度滤波方法干涉相位滤波的精度将影响生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)或目标运动测量的精度,是干涉SAR(Interferometric SAR,InSAR)处理的关键环节之一。为提高干涉滤波的精度,本文开展了以下研究工作:分析了干涉相位滤波的要求及性能评价指标,给出一种基于快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)估计干涉条纹频率的方法,估计干涉条纹频率可用于补偿地形相位梯度,提高滤波窗口中样本的一致性;提出一种基于相干系数加权的最优干涉相位滤波方法,经过证明,最小方差意义下的最优权值为噪声方差的倒数,给出了通过相干系数估计最优权值的方法。高分辨率干涉相位图在森林、城市等区域呈现出高度的非均匀性,局部平稳性假设不再满足,导致传统滤波方法难以选择大量独立同分布样本。提出精改的非邻域滤波算法,该方法利用归一化概率密度函数测量待滤波像素与其他像素的相似性,选择与待滤波像素一致的像素参与滤波过程,提高了干涉相位滤波的精度。(4)垂直航向InSAR高效DEM生成及沿航向InSAR海冰运动监测SAR干涉包括垂直航向干涉和沿航向干涉,可分别应用于场景高程测量和海冰运动监测。针对InSAR的这两个方向,本文开展了以下研究工作:利用InSAR定位方程组闭式解或迭代获取目标位置的运算量较大,因此研究高效高精度的DEM生成对于垂直航向InSAR的工程应用具有重要意义。这里将前面所述的递推思想应用到DEM生成中,实验结果表明:在精度损失可以忽略的情况下,有效提高了单基/分布式InSAR定位的效率。海冰运动监测对海洋管理、舰船导航意义重大。对于混合基线InSAR数据,干涉相位由垂直航向和沿航向分量组成,对于海冰运动监测,要求提取出海冰干涉相位中的沿航向分量。本文提出了基于先验DEM辅助和SAR定位提取出海岸线的方法,在去除平地相位后,利用海岸线的相位作为海冰相位中的垂直航向成分。TanDEM-X辽东半岛数据的处理结果验证了沿航向InSAR监测海冰的有效性。(5)极化协方差矩阵的高精度估计技术本文提出一种高精度的多准则联合极化协方差矩阵估计方法,该方法联合强点保持准则、极化散射特性保持准则、后向散射强度保持准则,并根据预设门限剔除与中心像素不一致的像素,提高了估计精度。L和X波段实测全极化SAR数据的实验结果表明:本文方法可有效降低相干斑噪声并且有效保持强点目标的散射特性,与精改Lee极化滤波方法相比,该方法能够有效地保持非对角元素的相位均值,且相位噪声标准差显著降低。