电离层探测对研究无线电通信、卫星导航等活动具有重大意义。二十世纪50年代以来,新的探测技术的发展推动电离层研究工作不断达到更高水平,尤其是随着雷达技术的发展,发射功率和接收灵敏度,以及天线增益都有很大的提高,从而使得检测电离层中电子散射的微弱信号成为可能。因此,一种新的电离层探测手段——非相干散射雷达随之出现。它能够对多种电离层等离子体重要参数同时进行测量,测量区域可覆盖从六十公里到两千公里左右的高度范围,已成为目前研究电离层结构和动力学过程最强有力的地面探测工具。本文结合横向课题“非相干散射雷达信号处理分系统”,主要开展了以下工作:第一、研究了非相干散射的基本原理,推导了散射信号统计特性与电离层介质的关系。第二、研究了非相干散射雷达信号处理的基础理论——模糊函数。根据项目要求,具体给出了巴克码、长脉冲编码和交替码的信号处理算法,对比分析了三种编码方式的优缺点。第三、提出了信号处理算法的设计与实现方案。基于ADSP TS201分别实现了巴克码、长脉冲编码和交替码三种编码方式下的功能程序设计。提出了多处理器引导和千兆以太网通信的软件设计方案。通过与Matlab仿真实验进行对比,验证了程序设计的正确性与可靠性,并通过对实际探测模式的测试,验证了程序设计的实时性。第四、研究了等离子体散射谱建模分析的基本理论。针对高纬极区电离层,提出分别用离子速度分布的13矩近似和16矩近似对碰撞等离子体散射谱进行模拟。研究发现,碰撞项的直接作用使得谱形变得尖锐,谱向中心聚拢,且电场越强,温度各向异性的特征越明显。