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电离层是分布在地球表面 60公里到几百公里的一个电离区域，因受到太阳紫外线、X 射线等辐射，在大气中发生电离而形成。由于能够改变无线电波的传播速度，使其发生反射、散射、折射和被吸收，因此探测电离层对无线电传播，航空航天以及军事通信发展都具有重要的研究意义。 电离层参数具有时间和空间的变化特性，一方面会随着太阳活动的周期、季节的变化而变化，另一方面又会受到大气动力学、热力学等参数变化的影响。目前现有的短波通信系统大都配有专门的频率管理系统，可以根据当时的噪声干扰状况，实时地对信道质量进行评估，并为某一特定的短波通信线路提供最佳的频率信息;或者建设有配套的电离层垂测站，斜测站等主动式电离层探测设备，能够提供实时的电离层电子密度信息用于工作频率的选择。但是这些电离层主动式探测方式，发射站建造复杂，成本高，战争时很容易被发现并摧毁，而被动式探测方式，又无法获取电离层电子密度相关信息，因此需要研究一种新的电离层无源被动式探测方法。本文主要提出一种利用现有的短波广播信号，对电离层电子浓度相关信息进行被动式探测方法，通过对接收到的短波信号进行分析，反演推导了局部电离层电子浓度剖面信息，并在此基础上利用插值算法，获得大范围电离层参数的连续分布，最后基于该系统对任意未知位置短波辐射源及视距和超视距的非合作式目标进行定位，并对各种定位性能进行了分析，以及利用仿真实验与实际测量数据对研究结果进行评估，证明了该系统获取电离层信息的可行性。论文的主要研究成果体现如下： （1）对电离层的多样性和实时性，以及对电波的传播影响进行了详细的分析。通过对电离层的基本结构进行描述，揭示了电离层的分层特性。由于电离层是电波传播的重要传输媒质，接收到的电波中通常都包含了很多电离层的信息，通过对电离层对电波传播的影响，电波的传播路径以及电波的传播能量等方面进行分析，提出了利用短波电波信号反推电离层参数的电离层探测技术。 （2）电离层电子浓度剖面是电子浓度随高度的一维分布情况，由于会随着空间和时间的不断变化，需要进行实时电离层探测。本章详细描述了基于短波广播信号，反演获取局部电离层电子浓度剖面的方法。该方法利用电波信号频率，发射站与接收系统之间的地面大圆距离，以及实际测量得到电波信号的到达俯仰角，基于改进的贝叶斯反演算法获取电波信号反射区域的电离层参数，最后通过仿真实验和实际测量数据都证明了该方法要比传统的反演方法更有效，且更接近于垂测站数据。 （3）无论是国际参考电离层模型（IRI模型），还是各种电离层主动式探测方法，以及被动式探测方法，都只能得到局域电离层参数，无法获取大范围电离层参数的连续分布。文章提出了利用克里金插值算法获取大范围电离层参数连续分布，并利用实际的测量数据给出了区域化变量选择的依据，同时分析了尺度因子在参数重构过程中的时变性，最后利用垂测站数据和国际参考电离层模型IRI2012获取的参数对重构结果进行评估。结果表明利用反演数据进行重构的结果要更接近于实际垂测站测量数据，并优于IRI2012模型数据。通过将反演数据是否添加垂测站数据，对未知垂测站数据进行重构结果对比，也证明了在垂测站分布稀疏的站点，添加反演数据重构结果的精度有所提高，这同样说明了电离层无源探测系统可以作为现有垂测站数据实时获得电离层参数的一种有效补充。 （4）研究了基于电离层无源探测系统，对短波辐射源进行单站定位的性能分析。通过对传统单站定位方法进行描述，提出采用基于测量到达角方式对目标进行定位的研究。该方法依据探测系统测量得到的辐射源信号到达方位角和俯仰角信息，基于大范围区域实时电离层信息，利用解析射线跟踪方法获取辐射源位置。文章基于实测数据，对不同方位，不同距离的辐射源（石家庄、韩国、宝鸡、台湾、菲利宾和南宁）进行定位，并将定位结果与利用国际电离层参考模型IRI2012定位结果比对，表明了电离层无源探测系统的相对误差和均方根误差都要比模型定位结果要更接近于真实值，且当接收信号越多，定位的精度也就越好。 （5）研究了基于电离层无源探测系统，对非合作式视距和超视距目标进行单站定位性能分析，提出了视距目标定位场景下的椭球定位方法和超视距场景下匹配场定位方法。通过对定位算法、定位精度以及定位性能进行分析，证明了这两种方法均可以实现对目标的定位。同时分析了电离层截止频率，底高和峰高误差对定位结果的影响，证明了电离层参数实时获取的重要性，而定位结果同时也为电离层参数测量精度提供了判断依据。