随着科技的发展,电离层对卫星导航、无线电通信、广播、空间探测等人类活动的影响越来越显著。因此,电离层的探测技术也越来越重要。非相干散射雷达具有时空分辨率高、覆盖空间范围广等突出优点,能检测到电离层的微弱散射信号。由于电离层的特殊性,非相干散射雷达通常采用复杂的信号编码和信号处理方法进行探测。本文结合云南曲靖非相干散射雷达的建设和相应实验,深入研究了非相干散射雷达信号处理算法,并设计了一套信号处理软件。首先,研究了非相干散射雷达探测技术基础。介绍了非相干散射雷达信号处理流程,重点研究了模糊函数理论和时延剖面矩阵的形成原理。推导了二维模糊函数、距离幅度模糊函数和距离模糊函数之间的关系。同时推导出了电离层散射信号自相关函数与模糊函数以及回波信号自相关函数之间的关系。给出了由时延剖面矩阵计算自相关函数,并由自相关函数得到功率谱的方法。介绍了传统长脉冲、现代长脉冲、整数阶交替码和分数阶交替码的信号处理算法并比较了它们的优缺点。其次,针对传统信号处理算法的不足,引入新的后检测滤波算法和谱估计算法,并结合实测数据的处理结果,与传统算法进行对比分析。根据窗函数设计有限长冲激响应滤波器,并替换原有的盒形滤波器,有效地提高了非相干散射雷达后检测滤波器的性能。同时,将AR模型、最小方差谱估计法等现代谱估计算法引入到非相干散射雷达的信号处理中,极大地提高了谱估计的精度。最后,配合上述算法设计了一套非相干散射雷达信号处理软件,有效地提高了信号处理系统的灵活性和可靠性。分析了软件需求,并根据需求将软件分为数据配置模块、数据显示模块、信号处理模块和图像显示与操作模块四个模块,其中数据配置模块分为配置选取模块和显示模块。对每个模块进行了设计与实现,针对信号处理模块,采用MATLAB与VC++混合编程的技术,提高了软件算法的灵活性和可拓展性。最后,对软件的各个模块进行了测试,验证了软件的可靠性。