全极化探地雷达（Full polarimetric ground penetrating radar,FP-GPR）是一种通过改变天线的相对位置以发射不同极化状态的高频电磁波来探测地下的方法,它相较于传统探地雷达的优点在于其能够完整地描述目标体的极化散射特性。地下目标等具有介电常数差异的界面会使电磁波产生感应场旋转效应（Induced field rotation,IFR）,它通常与目标的形状有关,根据该效应的特征可以对不同的目标进行识别。然而,感应场旋转不仅发生在目标表面,也发生在地表或其它地下的地层界面。这些位于天线与目标体之间的界面产生的极化干扰信息阻碍了全极化探地雷达在复杂浅表层介质中获得高质量的目标散射矩阵,影响了有效利用极化信息提高探测精度,如果能获得更加准确的地下目标体的散射信号,就能对目标体的几何属性以及结构属性进行更加准确地分析。本文首先研究了粗糙界面对高频电磁波的感应场旋转效应。通过引入基于微扰法（Small perturbation method,SPM）的粗糙面电磁波透射散射系数,建立了粗糙界面感应场旋转与全极化探地雷达测量数据之间的数学关系并推导了粗糙界面感应场旋转校正公式。提出了用于描述极化电磁波在粗糙界面的透射散射特性的感应场旋转系数C,并研究了不同粗糙面参数、介质参数及全极化探地雷达测量参数对系数C及全极化探地雷达测量数据的影响。结果表明粗糙界面的粗糙度参数如均方根斜率和相关长度会影响全极化探地雷达测量散射矩阵中4个元素的值的大小,但其对4个元素的影响相同,因此不会改变矩阵和极化分析结果。电磁波在粗糙界面的入射角和介质两侧的相对介电常数是影响粗糙地表条件下全极化探地雷达测量数据的两个主要因素,并且入射角的影响大于相对介电常数的影响。对典型目标体数据H-Alpha分解结果的研究表明:平面和二面角散射体的H-Alpha分类结果受粗糙地表感应场旋转的影响较小,线性目标体如地下管道受其影响较大。通过数值模拟,建立了一个用于判断是否需要进行校正的判别模板及一种改进的H-Alpha分类策略,通过正演模拟和实验测量验证了其正确性。最后我们将粗糙界面感应场旋转校正公式应用于实际地下管道探测,显著提高了探测的准确率。我国首个火星探测器“天问一号”携带“祝融号”火星车在火星乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆。为了探测火星地下的水冰分布,祝融号火星车搭载了一套火星车雷达（Rover Penetrating Radar,Ro Pe R）系统,并且该系统的高频通道采用了全极化的采集模式。这是人类历史首次利用极化技术探测地下埋藏的水冰,其雷达数据不可避免的会受到火星粗糙地表和地下多层界面的影响。我们首先研究了多层粗糙界面对高频电磁波的感应场旋转效应。将粗糙地表感应场旋转与全极化探地雷达测量数据的数学关系推广到多层粗糙界面的情况。研究了不同介质参数及全极化探地雷达测量参数对感应场旋转的影响。结果表明:对于天问一号火星车全极化雷达,多层粗糙界面的感应场旋转会导致共极化数据之间出现幅值不平衡,这种现象在相对介电常数更大的介质中更明显,并且其影响随目标体深度的增大而减小;深度比粗糙界面的数量对感应场旋转干扰的大小起着更大的作用,在0到1 m深的浅部测量数据会有较大误差,1 m以下的相对误差小于10%。随后我们进一步推导了利用火星车全极化雷达数据获取地下圆极化率（水冰探测的重要参数）的计算公式,进一步研究了多层粗糙界面感应场旋转对圆极化率的影响。结果表明:当|SHH|大于|SVV|和|SHV|或|SHV|大于|SHH|和|SVV|时,粗糙界面会使圆极化率的测量值会比真实值偏小;当|SVV|大于|SHH|和|SHV|时,粗糙界面会使圆极化率的测量值会比真实值偏大。多种模型的正演模拟验证了结果的正确性,这些结果为天问一号火星车雷达水冰探测提供了理论支持。