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人类生活离不开通讯,而电离层是卫星通讯的必经信道,又是天波通讯的反射镜。由于电离层结构本身的不稳定性导致通讯质量和全球定位系统GPS的导航定位精度的下降,给人类生产与生活带来了极大的不便。因此,电离层研究一直吸引着科研人员的关注。 科研人员将医学CT技术应用于电离层大尺度结构的重建,衍生出了一门全新的科学-电离层层析成像技术(CIT)。早期的电离层层析成像是利用极轨卫星Cicada、NNSS的信标重建出电离层电子密度随高度和纬度变化的二维电子密度分布。自从GPS出现之后,电离层探测技术有了质的飞越。利用GPS信标观测对电离层进行层析成像能够很好地重建出平静及扰动条件下电离层电子密度的空间三维分布,对电离层大尺度结构重建及地球空间环境对电离层扰动的影响的研究有着很大的科学意义和应用价值。 电离层的典型变化时间是20分钟,由于GPS卫星是高轨卫星,在20分钟内,GPS卫星转过的角度较小以致于在待重建区域内得到的投影数据不完备。本论文重建电离层电子密度分布时,将重建时间间隔取为1小时,假设电离层电子密度在1小时内不随时间变化,首先在理论上推导了电离层电子密度在1小时内不随时间变化情况下的CIT重建公式,然后实现了基于差分相对TEC观测的电离层CIT算法,并利用该算法进行模拟重建。不添加掩星观测数据和对700 km以下的电离层添加掩星观测数据两种不同条件下的模拟重建结果证明了该算法能很好地重建出电离层电子密度的大尺度空间结构。当只利用地基GPS观测数据进行重建时,可以得到水平分辨率较好的重建结果。添加完备的掩星观测数据以后,可以得到水平分辨率和垂直分率都较好的重建结果。然后,利用实测地基GPS观测数据对欧洲中部区域2005年8月磁暴期间的电离层电子密度分布进行了重建。重建结果表明,2005年8月24日欧洲中部的电离层电子密度分布呈负暴相。2005年8月磁暴期间的实测数据重建结果与垂测仪观测到的电离层F2层电子密度峰值所呈现的现象基本一致。