电离层作为短波传播的天然媒质,其时变特性对电离层探测技术和相关的设备起着至关重要的作用。电离层的实时结构信息是探测技术应用过程中必须要获取的参量,只有通过对电离层进行实时探测和精确建模,才能将探测技术及设备加以合理运用。因此,电离层探测技术的应用基础就是电离层实时结构信息的准确掌握。在获取了准确的电离层信息后,如何对探测系统进行充分利用也是雷达系统设计应用中的一个关键性问题。武汉大学研制的电离层综合探测系统(Wuhan ionospheric sounding system, WISS)工作在高频段(3-30MHz),具有体积小、功率小、移动性强等特点。围绕着电离层综合探测系统,不仅硬件设备在进行不断改进,与之配套的软件系统也在不断地发展,WISS的功能和用处正在不断地被发掘出来。它可以作为电离层探测的一种手段,其自身的特点也可以用作其他方面,例如目标侦察、电磁环境监测、短波信道管理、地震预报等多方面。本论文针对WISS应用中面临的电离层结构参数获取方面的问题,开展具体的算法研究,提出了快速稳定的电离图反演方法,并在该方法所获取的电离层信息的基础上,开展了短波传播信道管理应用、WISS应用设计以及利用WISS为核心的定位技术等一系列的工作,并辅以实验探测数据,以说明本论文的方法和WISS的工程应用可行性。论文的主要研究成果体现如下：一、对实时探测的斜向返回电离图进行了实时反演,并获取了沿探测路径上空的二维电子密度剖面。WISS的核心应用之一便是对电离层进行斜向返回探测,获取斜向返回扫频电离图,因此首先需要解决的问题便是从该图中提取出电离层的实时结构参数。而提取出的电离层结构参数的精确与否,直接决定了WISS应用上的可实现性和可靠性。本论文使用了非线性地球物理反演方法——模拟退火方法对斜向返回电离图进行了反演,克服了以往方法的耗时、不稳定等特点。将模拟退火方法与电离层模型、电离层的特性结合起来,稳定快速且成功地对实测斜向返回电离图进行了反演计算,获取了实时电离层参数(临界频率、峰高、半厚度)。反演算法的初始参数设定范围宽,输入数据简单,只需要斜返图前沿数据即可,并且在反演过程中已预先考虑了前沿自动判读结果与实测值的误差项,克服了前沿输入数据造成的误差。对输入前沿进行分段处理,从而仅用一张斜返电离图便可以获取整个电波探测路径上空的电离层结构信息。程序计算速度快,几分钟之内便可得到结果,使得该反演方法可以应用到工程实际中,为WISS的应用奠定了背景基础。通过实验数据验证,该反演算法的效率较高,能较好的反演大多数情况下的电离图。实验中62.97%的反演结果与垂直探测结果吻合情况良好(△fc≤0.5),85.2%的反演结果与垂测结果的误差没有超过1MHz。由于反演中所使用的电离层模型并未加入倾斜成分,日落期间的电离图反演时出现较大的误差。将反演结果绘制成二维电子密度剖面,可以看出电子浓度随着纬度降低而出现明显的变化。二、以WISS为核心设计的短波信道频率诊断与管理系统,在短波通信频率和信道的管理上更细致了,它不仅能满足日常探测应用,也能满足战时短波通信需求。通过应用目的、全国布局、系统指标、应用方式的描述,使得WISS的各项性能得到充分发挥。对系统进行了试验,验证其在短波通信选频上的工程可实现性。试验结果表明,该系统设计及应用是完全合理的,试验中的电台短波通信在给定的通信频率上具有良好的通信效果。三、以WISS为核心,研究了天波模式下的单站定位和多站定位技术。短波传播方式的特殊性决定了单站定位方式与传统的有着明显的不同,原因就在于辐射源目标信号是通过电离层反射而被捕获。本论文中给出了单站定位系统的工作原理,提出了一种利用无源与有源相结合的定位方式,通过无源的方式测量来波到达角,并利用有源的方式获取精确的电离层电子浓度剖面信息。相比于传统的单站无源定位方式,该定位技术需要对电离层状态进行监测,通过一系列算法获取实时电离层信息,再实现辐射源目标的获取。根据系统的特点,设计了试验来验证单站定位系统的工程可实现性。对于天波多站定位系统,利用求解大地解算问题的Bowring公式,将其与电波传播特性相结合运用到多基地天波超视距雷达系统上。利用单层准抛物电离层模型和射线追踪技术,获得坐标配准系数,然后对远距离目标进行定位解算与精度分析。分析结果表明此系统模型在对超视距目标定位时具有很好的精度。基线长度合适的情况下,除了在目标活动区能得到很好的精度外,还能在基线区获得较好的精度,改善了传统的双基地系统与单基地雷达在基线区域定位性能差的弱点。该模型克服了传统定位模型上的缺陷,考虑了地球曲率对定位的影响,比平面定位模型更为准确。随后分析了多基地天波探测系统在定位过程中的一个关键性问题,即坐标配准技术。由文中的模拟结果分析可以得知,电离层的临界频率和峰高对坐标配准的影响较大,而电离层半厚度对坐标配准的影响可以忽略。电波的高角波模式对P-D变换的影响大于低角波模式,较高的工作频率对P-D变换误差的影响较大。电离层参数的误差能够造成几十至上百公里的地面距离误差,因此系统在工作时,应尽量提高电离层参数的获取精度,并使用较低的工作频率及低角波模式来对目标区域进行探测。