电离层强烈影响从VLF到微波的各个波段无线电波的传播,对短波传播的影响最为显著,其中电离层结构最重要的参量就是电子浓度的空间分布。人们发展了多种电离层探测手段用来获得电离层探测数据,但如何根据这些观测数据求得相应的电离层物理参量,也称为电离层反演技术,是一直以来的难题。本文正是围绕如何实现高精度的电离层电子浓度反演与重构开展相关研究。基于可获取较高垂直分辨率电子浓度剖面的垂直探测技术和可获取大区域远距离电离层信息的返回散射探测技术,本文分别开展了单一探测手段反演研究和两种探测手段联合反演研究,建立了两种适应性更强的垂测电离图反演算法和能够获取电离层水平不均匀结构的返回散射电离图和垂测电离图联合反演算法,并对相关算法进行了试验验证。本文的主要工作如下:第一,开展了垂测电离图反演算法研究,并利用实测数据对算法精度进行了对比验证。针对垂直探测中经常出现F1层未充分发展,而现有电离层模型以及反演算法更多是针对F1层充分发展这一情况,引入F1层模型设定临频的参数,建立了基于移位切比雪夫多项式的F1层未充分发展时的电离层模型,并从电离层剖面的光滑性考虑,在所建模型的基础上,提出了约束优化F1层参数、F2层参数的垂测电离图反演方法。另一方面,对于交叠多项式反演方法面临较多或大量数据缺失时剖面计算会出现误差大幅增大的问题,在对交叠多项式电离层剖面反演方法理论分析的基础上,提出基于数据预处理的电离层剖面反演改进方法。对于建立的两种垂测电离图反演算法,通过仿真分析,从理论上验证了所建电离层模型和反演算法的合理性,并通过基于反演的电子浓度剖面合成的垂测、斜测描迹与实测数据的对比,对反演算法的有效性进行了进一步验证。第二,开展了返回散射电离图和垂测电离图的联合反演算法研究,并搭建试验平台进行了验证试验。提出了一种基于返回散射电离图和其探测路径上垂测电离图的电离层二维电子浓度反演算法,能够重构电离层水平不均匀结构。针对反演非线性问题,采用Newton-Kontorovich方法进行求解,同时又引入了求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,有益于解的稳定性和唯一性。利用模拟数据和实测数据分别对建立的算法进行了验证,并与Fridman等人1994年提出的反演方法进行了对比。结果表明,反演算法结果稳定,对返回散射前沿判读误差不敏感,对电离层局部精细结构反演更加准确,具有较高的反演精度。该算法不但能够反演白天和夜间这种电离层较平稳时期的电离层状态,而且对于日出/日落时段等电子浓度分布变化较快情形下的电离层,也有很好的反演效果,在处理复杂多变的实际探测的返回散射电离图中具有一定的应用价值。第三,开展了返回散射电离图不同层前沿的联合反演算法研究,并通过开展试验对算法进行了精度验证。传统的返回散射前沿反演方法不区分不同层的前沿,仅利用每个频率的最小时延或者F2层前沿进行反演,从而导致反演结果往往只能保证F2区电子浓度剖面比较准确,而F2区以下则与实际情况差别较大。针对该问题,提出了一种新的返回散射电离图反演方法,综合使用不同层(E、F1和F2层)的返回散射前沿进行联合反演,实现电子浓度剖面的全高度精确重构。该方法能够有效提高电子浓度的反演精度,尤其是F2区以下的电离层剖面。通过计算反演结果与垂测、斜测实际探测数据的均方根误差对算法的有效性进行了验证,结果表明,新的反演算法对F2层峰高以下电子浓度剖面有较高的反演精度,对重构探测方向上二维(高度×距离)电子浓度分布来说,新的反演方法是对目前传统返回散射电离图反演方法的有效改进。