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分布在地球周围空间的电离层处于大气层和磁层中间，是人类空间活动和相关通信的重要媒介。无线电信号穿过地球电离层到达接收机时，将受到电离层影响产生延迟，通过处理这些延迟信号，能够反演当前时域电离层的垂直和水平结构，以及电离层电子密度、不规则结构等参数信息。无线电通信和卫星导航与人类生活、军事发展等密切关联，研究地球电离层环境对无线电波传播的影响在国民经济发展和国防建设中愈加重要。随着全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)的不断完善与发展，地基GNSS观测以及空基GNSS/低轨卫星观测技术也逐步健全。GNSS无线电掩星技术作为空基观测的一种，近几十年来为大气探测、天气预报、科学研究等做出了重要贡献。本文从无线电掩星技术反演地球电离层的原理出发，研究了掩星反演电离层的主要误差源，改进当前电离层反演算法，并利用国内外丰富的掩星观测资料对不同高度的电离层进行建模，重建地球电离层气候模式。具体研究内容有: 1.GPS无线电掩星技术探测地球电离层的误差分析研究。掩星探测技术的误差主要包括平台及星上测量误差和地面反演算法误差。基于EGOPS(End-to-end Generic Occultation Performance Simulation and Processing System)软件，分别采用球对称电离层Double Chapman模型和非球对称的IRI(Intemational Reference Ionosphere)模型，模拟GPS电离层掩星数据，分析星上的各种测量和平台误差源以及算法误差的影响。误差统计结果表明平台及星上测量误差对反演精度影响很小，掩星电离层反演算法的最主要误差源来自于电离层分布的球对称假设; 2.利用GPS电离层无线电掩星资料组建背景场来改进Abel反演算法。传统的电离层Abel反演是基于电离层电子密度分布具有球对称性这一假设开展的，这同复杂的电离层实况相悖，可能引起较大的反演误差。本文利用COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate)的电离层掩星资料组建先验的电子密度背景场，在Abel反演的主要公式中增加背景场TEC(Total Electron Content)的约束，改进原有算法，将电子密度的反演精度提高了10％; 3.利用COSMIC/GPS斜向TEC观测数据进行顶部电离层和等离子层数据同化。海量的电离层掩星观测资料为重建更高覆盖率、更准确的电离层模型提供了可能。本文利用COSMIC掩星数据中从低轨卫星到GPS卫星的斜向TEC观测链路资料，采用三维变分方法将这些观测值同化到覆盖电离层和等离子层的经验模型GCPM(Global Core Plasma Model)中。最终得到覆盖500公里至GPS卫星高度，时间分辨率为2小时，水平分辨率为纬度2.5°×经度5°的等离子层模型; 4.基于COSMIC无线电掩星数据进行全球标高建模并改进IRI顶部模型。电离层标高是电离层的一个重要参数，它包含电离层顶部离子和电子温度的分布和动力学信息。对标高精确建模可以改进已有电离层模型的上部。本文利用COSMIC从2007年到2012的电离层掩星数据，基于经验正交分解算法重建电离层标高月均值模型，并利用内外部数据验证了模型的精度。根据标高模型生成改正因子引入IRI模型函数中，修正了IRI顶部电子密度廓线; 5.电离层F2层参数建模。电离层的F层（140公里以上）汇聚了电离层绝大部分的电子，集中反映电离层的重要特性和变化规律。本文利用COSMIC掩星资料中的电子密度反演廓线得到重要参数如峰值密度NmF2、峰值高度hmF2、电离层标高，采用球谐函数展开的方法建立电离层参数模型，并分析这些参数随季节、时间和地理位置的变化特征。将这些模型输入IRI，提高了IRI模型的电子密度廓线F层精度。