天波超视距雷达利用电离层对高频电磁波的折射实现超视距探测。而电离层中离子浓度及分布具有时变和非平稳变化特性,使得在其中传播的电磁波相位受到干扰,回波谱展宽或者分裂,影响雷达的探测性能。电离层相位扰动去除方法一直都是天波雷达信号处理的关键技术之一。首先,本文从电离层相径扰动的产生机理入手,先从理论上分析电离层相径扰动对回波数据速度维谱的影响。而后利用已有的电离层实验数据建立电离层相径扰动的动态模型,分析模型各参数变化对电离层传播路径的影响,进而比较仿真得出的速度谱与实际的回波谱差异,得出电离层相位扰动的基本扰动模型。其次,按照扰动周期大小,电离层扰动可分为慢相径扰动和快相径扰动,对回波谱产生不同的影响;而快相径扰动与多目标的回波谱结构类似,产生原理不同。为实现电离层扰动的自适应去除,本文研究了回波谱慢相径扰动与快相径扰动判别准则,以及快相径扰动与多目标的判别准则,根据谱峰间的差异及产生的机理的不同,分别设计了判别方法,能实现对回波谱的类型自动判别,为自适应处理电离层相位扰动奠定基础。最后,对相径扰动去除算法进行研究。为了提高扰动频率估计的准确程度,本文提出了一种基于短时MUSIC变换的电离层扰动去除算法。同时结合现今比较常用的HRR_SVD、PWVD和PPS算法,分析比较上述四种算法的适用条件,性能差异,算法效率,进而得到了统一的电离层扰动自适应处理算法,并利用实验天波雷达数据对算法性能进行验证。