当使用大功率高频无线电波对电离层进行加热时,在反射高度附近会激发朗缪尔湍流,改变离子和电子的分布特征,并对非相干散射雷达探测的后向散射功率谱强度产生很大影响,使得利用平衡态等离子体的非相干散射理论反演扰动电离层参量存在严重误差。本文基于电离层加热基本理论,对加热中反射高度附近出现的异常非相干散射谱,尤其针对带有零频峰的三峰结构异常谱进行了研究,分析了产生异常谱的物理机理,数值模拟了加热激励的朗缪尔湍流,并通过改进的反演方法对扰动电离层参量进行反演。论文的主要工作如下:1、基于2010年9月6日我国在Troms?附近开展的电离层加热实验,使用GUISDAP和RTG两种非相干散射雷达数据处理软件对实验中反射高度附近出现的异常非相干散射谱进行了提取和分析。重点对带有零频峰的三峰结构异常非相干散射谱进行了分析,统计并考察了其在加热中发生的时间规律以及时空演化特征。结果表明,这种带有零频峰的三峰异常谱由激发的振荡双流不稳定性产生,一般出现在加热的开启阶段,并且一般只能维持一到两个时间点。但由于等离子体与加热波之间相互作用的持续,三峰谱在加热开启后的某些时间点仍会出现。此外,三峰谱只能覆盖很窄的高度范围,大概几千米甚至更少。2、使用国际参考电离层IRI-2012和MSIS-E-90大气模型获取反射高度附近的电离层参量,对Arecibo、Troms?和HAARP三个地区不同时间不同加热频率下激发不稳定性的电场阈值进行了计算。结果表明,在反射高度附近,参量衰变不稳定性(PDI)的激发阈值要比振荡双流不稳定性(OTSI)的激发阈值小很多,并且激发阈值会随加热频率的升高而升高。在此基础上,验证了2010年9月6日的加热实验中激发了参量衰变不稳定性和振荡双流不稳定性。3、基于Zakharov模型,选取高纬地区的Troms?和低纬地区的Arecibo作为模拟加热地点,对电离层加热中的朗缪尔湍流进行了数值模拟。仿真得到的波数谱能很好地反映朗缪尔波和离子声波之间的耦合关系,且驱动电场幅度越大,朗缪尔湍流越快达到饱和,功率谱的级联结构越不明显。通过Zakharov模型的仿真结果计算等效的非相干散射谱,在反射高度附近获取了明显的不对称双峰谱、级联谱以及带有零频峰的谱。4、基于带有零频峰三峰结构的异常谱,在传统非相干散射雷达的反演及误差分析方法基础上,提出一种改进的多参数反演方法。通过将位于零频的PGM峰去除,并利用经验的加热电子速率分布——超高斯分布和Bump-on-tail分布进行反演,反演结果在合理范围之内,验证了改进反演方法的可行性,同时说明标准GUISDAP分析程序对VHF雷达数据的反演误差很大。此外,反演结果表明PGM的存在会致使对电子温度的低估。