电离层是日地系统的重要组成,不仅保护了地球上的生物免受太阳紫外辐射和宇宙高能粒子的直接作用,而且对穿电离层传播的无线电波产生反射、散射、吸收和折射等效应,电离层中的不规则和磁暴等会影响无线电波的通讯和GPS的导航定位精度。积极探索电离层以及其中的一些物理现象,是空间物理学领域的重要课题。电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography,CIT)是电离层探测的一种新技术。对于电离层层析技术的研究已经展开30年,但由于电离层的复杂多变,关于电离层CT还有很多问题尚待深入研究。本文的研究目标是利用GRACE-GPS信标数据重建距地面高度(450～5000km)的电子密度二维分布。文中首先介绍了 GPS测量TEC(total electron content)原理以及误差来源,就GPS信标数据的周跳处理展开研究,提出了一种分步骤处理周跳的方法。然后将经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)加入到CT算法中,通过模拟反演和真实反演,对比像素反演和EOF反演算法的重建结果。此外,利用EOF反演算法重建了 2003年9月一次磁暴期间的电子密度变化。论文的主要工作及结果归纳如下:1.利用GRACE-GPS观测数据模拟相位周跳,系统分析了几种周跳探测方法的适用范围,结果表明,相位减伪距法可以检测到6周以上的大周跳,电离层残差法和宽巷组合法可以分别可以检测出1周以上的小周跳。2.总结出一种分步处理周跳的组合法。并对组合后的方法进行实验分析,模拟实验表明,组合法可以完全消除1周以上的周跳,经过该方法处理后的GPS相位数据能够为CT反演提供“干净”可靠的数据源。3.利用模拟反演和真实反演对比两种算法的重建效果,模拟反演结果表明,将经验正交函数加入天基CT反演可有效减少垂直方向1000km以上重建电子密度的偏差率。此外,利用EOF算法可以减少迭代方程未知数,反演收敛时间大幅缩短。真实反演结果与DMSP实测数据对比,结果表明,EOF反演可以准确的重建出中纬槽和电离层赤道异常等电离层大尺度结构。真实反演的统计结果表明,基于EOF的CT反演和传统的像素反演结果与DMSP卫星实测结果显著相关,相关系数分别为0.86和0.84,本文的研究表明,加入EOF的CT算法是一种观测全球范围450km以上电离层电子密度分布的有效手段。4.重建了中纬槽和赤道异常结构,对其进行分析讨论,结果表明,重建结果与实测数据非常吻合。此外,重建了 2003年9月15-21日磁暴期间电离层电子密度分布图,分析中纬槽的暴时响应,结果表明在暴时中纬槽显著向赤道方向移动;暴后,地磁扰动较小时,中纬槽往高纬方向移动。