随着科学技术的进步,电离层对通信、导航、成像等活动的影响越来越受到重视,因此对电离层的研究极其重要。非相干散射雷达以较广阔的探测范围、较高的时间和空间分辨率等优点成为地面探测电离层最强大的工具。从信号处理角度出发,对电离层的研究归根结底就是对非相干散射雷达回波信号功率谱的研究。本文将推导简化的非相干散射谱和自相关函数模型,并结合QJISR(曲靖非相干散射雷达)的实测数据改善自相关函数的均衡性。同时对因空间碎片存在而造成的非相干散射异常谱进行对消。第一,阐述了非相干散射雷达探测基础。电离层是典型的软目标,对该类目标的探测与普通目标不同,而且电离层不同高度的散射回波信号混叠在一起,存在模糊,因此需要进行软目标的信号处理。主要介绍了基于交替码的非相干散射雷达信号处理流程,重点对处理过程的各种模糊函数进行了推导和仿真、对时延剖面矩阵进行了详细介绍、对自相关函数和功率谱的计算过程进行了分析。第二,研究了非相干散射谱和自相关函数估计算法。经典的非相干散射谱模型公式表达比较复杂,且无法逆推出自相关函数,基于此,对简化的非相干散射谱和自相关函数进行推导。为改善自相关函数的时延均衡性,提高电离层各参数的反演精度,提出使用阻尼函数模型估计零时延自相关值的数据拟合方法。在后续处理中,为提高算法的实时性,降低计算复杂度,使用更简洁的多项式拟合模型替代阻尼拟合模型。第三,研究了非相干散射异常谱对消方法。非相干散射雷达不仅可探测电离层,还可同时探测空间碎片,因此非相干散射雷达的回波数据中可能存在空间碎片信息。对于电离层非相干散射谱来说,空间碎片散射谱即为异常谱。从三个方面对异常谱进行了对消。首先,使用排序统计滤波算法判别空间碎片导致的异常谱是否存在;若存在,使用匹配函数方法估计空间碎片的参数信息;最后,利用估计的空间碎片高度信息对消异常谱。