电离层是地球大气层的重要组成部分,它对广播、电视、无线通信、测量、导航以及空间探测等有重要影响。开展电离层特性研究具有重要的意义。非相干散射雷达(ISR)是目前探测电离层的有效工具,由于电离层属于软目标,要实现对其特性的有效探测,所采用的发射信号形式和相应的信号处理方法都不同于常规雷达。本文结合我国第一部非相干散射雷达研制任务,进行相关的外场测试实验,并就遇到的主要问题,进行调试和相应的算法改进,论文工作对于完善我国非相干散射雷达系统,促进电离层特性的探测和研究具有重要的意义和实用价值。首先,研究了非相干散射雷达工作原理和相关技术基础。通过分析电离层散射谱的形成过程,说明了非相干散射探测的原理；同时分析了散射信号信噪比极低的特点,给出了噪声校准的方法。结合模糊函数分析,推导了等离子体自相关函数的计算公式。给出了信号处理过程中关键的时延剖面矩阵概念,以及电离层回波信号自相关函数和功率谱的计算方法。其次,介绍了我国第一部非相干散射雷达基本组成,讨论了信号处理分系统的设计、功能及其实现方案。详细阐述了信号处理系统的母板和子板的组成以及相关DSP的调试方法。最后,研究了长脉冲、巴克码、二相交替码等三种典型信号编码方式,仿真分析了各自的模糊函数及其特点,讨论了各种编码方式的优缺点。在此基础上,研究了基于ADSP-TS201的信号处理算法实现与改进,详细讨论了算法改进中遇到的问题和相应的解决方法,并对实测结果与仿真结果进行对比分析,验证了算法改进的正确性和有效性。