在科学时代的前进道路上,航天事业的发展显得日益重要,导致空间和天文科学研究面临更多机遇和挑战,因此对电离层的探测值得高度重视。时至今日,非相干散射雷达作为一种针对电离层的探测工具被发明和使用,并被证实是最有效的。我国首套非相干散射雷达,在“子午工程”的支持下,于2012年在云南曲靖建成,称为曲靖非相干散射雷达(QJISR)。QJISR主要用于空间碎片探测和空间等离子体探测,发挥重要作用。本文结合QJISR实测数据,研究基于交替码的非相干散射信号处理方法,优化滤波算法和谱估计算法,改善自相关函数估计,并设计相应的雷达软件,具有较大的应用价值和发展前景。首先,阐述了非相干散射的基本原理。介绍了探测电离层的重要性,分析了目前非相干散射探测现状以及软件雷达的应用发展趋势。主要讨论了非相干散射信号处理与电离层参数反演。详细分析了基于交替码调制的非相干散射信号处理算法,包含整数阶交替码与任意分数阶交替码。其次,提出一种基于数据拟合自相关函数估计算法。在传统基于交替码调制的非相干散射雷达信号处理算法中,针对零时延处距离模糊大,自相关函数精度差等不足,通过拟合自相关函数来逆推零时延处的自相关值。通过对实测回波数据处理结果进行对比分析,证明了提出方法的可行性。再次,结合传统的ISR信号处理算法,完成基于整数阶交替码与任意分数阶交替码的非相干散射雷达实测数据处理实验。针对后检测滤波算法和传统谱估计算法的不足,提出通过窗函数设计FIR滤波器和现代谱估计算法的思路。结合实测数据对算法进行分析验证。最后,针对非相干散射信号处理分析其软件功能需求,对软件进行开发和设计。利用仿真和实测数据,对软件不同功能模块进行测试分析。目前软件系统已在云南观测站(曲靖)实地安装并运行,具备良好的稳定性和可靠性。