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武汉电离层探测系统（Wuhan Ionospheric Sounding System,简称WISS）是集成了垂测、斜测和返回散射探测三种功能的多功能探测系统,能够通过扫频探测获得垂测、斜测以及返回散射电离图。对WISS电离图进行反演有助于其更好地监测探测区域内电离层电子浓度分布情况,进而更好地拓展其应用价值。本文工作的目的是通过反演WISS获取的垂测、斜测以及返回散射电离图来实时地获得监测区域内电离层的电子浓度分布,为天波超视距雷达坐标配准、短波通信选频、估算电离层总电子含量（Total Electron Content,简称TEC）以及地震电离层前兆监测等提供支持。本文的主要研究成果有：1)设计并开发了WissView软件WissView是用来控制WISS进行扫频探测以获取高质量电离图的软件。该软件是在Visual C++6.0的开发环境下采用面向对象的方法来开发的应用程序。在控制流程的设计方面,WissView采用多线程技术避免了在探测的时候用户界面出现“假死”现象；在数据处理与显示方面,Matrix矩阵函数库的应用有效弥补了Visual C++在科学计算以及数据可视化方面的不足,降低了开发难度,提高了开发效率；WissView的远程控制功能使得WISS具备了组网探测的能力；WissView的文件传输功能使得远处探测站的电离图数据能够实时自动地传回到服务器。大量的实际探测证明该软件运行稳定,可以为电子浓度剖面反演提供大量高质量的电离图数据。目前,该软件已经投入使用到武汉大学电离层实验室、四川省地震局西昌地震中心站以及云南省普洱地震局进行电离层探测。该软件的返回散射探测数据处理部分也已经成功应用到某车载单站短波选频系统。2) WISS电离图的反演在与模拟退火算法和基本粒子群优化算法比较之后,本文选择了收敛效果更好的线性递减权重粒子群优化算法来反演WISS电离图,并用后验概率密度函数来评价反演结果。该算法鲁棒性好,收敛速度快,能以较大概率找到反演结果的全局最优解,且易于编程实现。WISS垂测频高图的反演用的是QPS模型来表征电离层电子浓度剖面。反演算法从E层开始,再到F1层,最后是F2层,依次反演完每一层的QPS模型参数之后就可以得到整个电子浓度剖面。由于临界频率可以从频高图上直接获取,所以只剩下峰高和半厚度两个未知参数,因此反演算法只需要每一层0波描迹上的两个点作为输入,但是选取的两个点的频率间隔不能太小。没有叠加噪声的理想合成频高图的分析结果表明反演结果与真实值完全一样；叠加了噪声的合成频高图的分析结果表明反演结果与真实值差别很小,因此反演算法具有很好的抗噪能力；典型的白天和晚上的WISS垂测频高图分析结果都表明算法具有很高的精度。WISS斜测电离图的反演用的也是QPS模型来表征斜测链路中继点电离层的电子浓度剖面。与垂测反演一样,斜测反演算法也是从E层开始,再到F1层,最后是F2层,依次反演完每一层的QPS模型参数之后就可以得到斜测链路中继点电离层的电子浓度剖而。由于无法像垂测反演那样直接从电离图中获得临界频率,因此反演算法需要每一层O波描迹上的三个点作为输入。在仰角求解方面,算法联合射线几何关系与射线参数方程之后可以得到仰角的精确解。没有叠加噪声的理想合成数据的分析结果表明反演结果与真实值几乎一样；叠加了噪声的合成数据的分析结果表明反演结果与真实值差别不大,因此斜测反演算法也具有良好的抗噪能力；另外,本文还通过比较WISS斜测电离图的反演结果与斜测链路中继点附近的垂测频高图的反演结果表明算法能够适用于实测数据的反演。本文在讨论用电离层返回散射技术来反演电离层电子浓度剖面的时候,由于考虑到要将该技术应用于车载系统,所以选用了扫频返回散射探测的前沿来反演电离层电子浓度剖面。由于目前WISS只能很好地观测到F层（或F2层）的返回散射回波的前沿,因此本文只需要对F层（或F2层）的返回散射回波的前沿进行反演。起初,本文采用单层QP模型来描绘电离层电子浓度的垂直分布。后来,考虑到低电离层对电波传播的影响,本文又对QPS模型下的反演作了研究。在探测的时候有部分能量从垂直方向的天线旁瓣辐射出去,因此在WISS返回散射电离图的左下角会出现本地电离层垂测回波。本文在开发基于QPS模型的反演算法时,可以通过对WISS电离图中的本地垂测回波进行反演以获取低电离层（E层或E层、F1层）的参数。当电离图中不包含本地垂测信号或者信号不完整时,则可以通过IRI模型来获取低电离层参数。当把扫频返回散射电离图前沿上的所有数据都进行了反演以后,就可以得到探测方向上电离层电子浓度的二维分布。没有叠加噪声的理想合成数据的分析结果表明反演结果与真实值几乎一样；叠加了噪声的合成数据的分析结果表明反演结果与真实值差别不大,因此返回散射电离图反演算法也具有良好的抗噪能力；另外,武汉实验和青岛实验的分析结果表明本文提出的返回散射电离图反演算法在近距离和远距离的情况都具有较高的精度。目前,该算法己经成功应用到了某车载单站短波选频系统。