电离层探测方法可分为：垂直底测、斜向底测、斜向返回底测、太空飞行器顶测以及地空之间的各种穿测。利用以上各种探测技术,可以探测电离层各种信息,还可以获取广大范围内的海洋状态信息和高频无线信道参数。从而提高对电离层状态、物理过程和特征以及电离层电波传播规律的基本认识,揭示电离层动力学及形态学的地域特征和电离层信道特性,提高描述和预报电离层状态及电离层电波传播的可靠性和准确性。武汉大学电离层实验室自2001年开始研制用于电离层研究和短波信道管理的电离层斜向返回探测系统。经过近十年的发展,武汉大学电离层实验室研制开发了数套具有多种探测方式的电离层探测系统,这些产品统称为“武汉电离层探测系统”(Wuhan Ionospheric Sounding System, WISS)。WISS可以使用150W的峰值功率探测半径为1500公里内的区域,获取高频信道的传输特征,如信道衰落、多径、多普勒、电波相位变化和最大可用频率等。本文以WISS硬件系统为平台,针对WISS软件平台的开发、系统工作状态的控制、探测数据的形成、回波信息的提取、探测信息的挖掘处理等涉及WISS数据与信号处理的方面开展研究工作。全文主要研究内容和成果如下：1.武汉电离层探测系统显示、控制与处理集成软件平台的设计与开发WISS软件平台采用面向对象技术分析和设计,使得开发过程可以迭代增量式进行,能够复用大量的需求分析成果和设计体系。开发过程使用统一建模语言(UML)完整描述。采用多线程技术满足探测的实时性需求；采用Matlab引擎技术使得数据处理与显示模块能够快速开发快速应用。根据电离层探测需求,在已有扫频和定频探测模式的基础上,提出并实现了跳频探测模式。WISS软件平台开发已经完成了第一次迭代,原型系统已经应用于实际探测,雷达的主要探测功能均采用软件化的方法实现,使得新的探测模式能够快速开发应用,并且为各种回波自动检测和信息提取技术了实现平台。2.构建并实现了WISS系统的回波自动检测系统提出并实现了适用于WISS回波自动检测系统的信号积累技术,恒虚警技术和去噪技术。其中积累技术包括幅度积累技术、多普勒补偿积累技术和时延-多普勒域二维幅度积累技术,使得微弱信号回波能够被检测,大幅度提高了WISS的检测性能。将参数和非参数恒虚警检测方法应用于系统,并在实测中验证了方法的实用性。还将排序统计滤波器(Order Statistic Filter)应用于WISS探测中,能够很好的抑制探测中的冲击噪声和射频干扰带来的虚警。3.单站系统的系统误差校正提出并实现了一种简单实用的技术,即利用收发天线之间直接耦合的电波能量校正WISS中单站系统的系统误差,可以很好地解决系统在单站工作时所产生的延时和相位误差。4. WISS回波的信号处理(a)建立了WISS回波的AR模型,通过参数谱估计方法提取了高精度的回波多普勒谱。并且通过高精度扫频多普勒频移图,可以给出电离层的不同反射区域,从而为监测大范围电离层多普勒运动随频率的变化规律,以及电离层模式反演提供了支持。(b)研究了WISS中非平稳回波信号多普勒信息的提取和应用,包括估计电离层瞬时多普勒频率和多普勒-时间联合功率谱的方法,比较了不同时频分析方法的效果,并将非平稳信号分析方法应用于WISS对电离层加热实验效果的诊断中。