电离层是日地空间的重要组成部分,电离层的存在使得地球上的生物免受太阳紫外线和x射线的直接辐射作用,但是对在电离层中传播的无线电波产生反射、折射、散射和吸收等效应,从而对无线电通讯、航天活动和全球定位系统的导航定位等都将会产生严重的影响。因此,积极地研究与监测电离层中的各种现象,并揭示现象背后的各种物理机制,从而探索电离层对人类生存环境的影响,是空间天气研究的重要内容,对社会经济的发展十分重要。本文基于电离层探测仪数据和地面GNSS接收站的CORS (Continuously Operating Reference Stations)数据,针对电离层模型研究中存在的关键问题,重点研究了电离层的预报方法和电离层层析方法。本文的主要研究工作和成果有：(1)提出了一种基于误差补偿和神经网络技术的单站临界频率foF2预测的新方法(BP-IRI模型)。利用瑞典利克赛(Lycksele, Sweden)电离层观测站27年(1958-1984年)的电离层观测数据、相应的地磁数据和太阳指数、IRI2012模型的foF2预测数据等,对该方法进行了仔细分析和验证。其结果表明,该方法的平均预测精度较IRI2012模型提高了19.1%。(2)提出了一种基于误差补偿和神经网络技术的电离层TEC/VTEC预测的新方法(BP-DPM模型)。结合传统的区域电离层二维多项式模型(two-dimensional polynomial ionosphere delay correction model,2-DPM)和中国江苏省的CORS数据,通过对新方法的验证和分析,其结果表明,该方法的平均预测精度较2-DPM模型提高了14.0%。(3)提出了一种基于多尺度剖分的电离层层析新方法(MST模型)。该方法将待反演的电离层三维空间按不同的像素尺度进行剖分,由此得到了多个不同的单尺度电离层层析模型(single-scale ionospheric tomography, SST),将这些单尺度模型的未知变量进行统一解算,并根据不同的权重因子,最终加权得到多尺度层析模型的解,即重构待反演区域的电离层电子密度分布。结合GNSS观测数据和IRI2012模型,该方法的可行性、准确性、合理性得到了有效验证,相比于其他传统电离层层析模型,更高精度的电子密度分布通过该方法得以重构,且其重构精度较CSST模型(基于约束代数重构算法(constrained algebraic reconstruction technique, CART)的SST模型)提高了20.8%、较传统的SST模型提高了22.2%、较IRI2012模型提高了77.7%。(4)提出了一种基于可变像素高度的电离层层析新方法(VHCIT模型)。该方法在传统电离层层析模型(SST)基础上,对每个像素尺度的高度增加了一个扰动变量,和待反演的电子密度一并解算;当该方法反演结束后,相当于对待反演区域的电离层结构进行了第二次或多次剖分,并且通过重构得到了不同于传统电离层层析模型的电离层结构。结合GNSS观测数据和IRI2012模型,对该方法的可行性、准确性、合理性进行了验证,相比于其他传统电离层层析模型,更高精度的、更切合实际的电子密度分布通过该方法得以重构,且其重构精度较CSST模型提高了8.6%、较SST模型提高了14.8%、较IRI2012模型提高了75.3%。