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电离层层析成像技术(Computerized Ionosphereic Tomography，CIT)是一种全天候的电离层探测技术，具有耗费低，易于实现，探测范围广等优势，已经成为一种重要探测手段。利用卫星信标CT成像监测震前电离层异常扰动，已经引起了人们的广泛关注，但是传统的双频信标技术，由于电离层电子总含量(Total Electron Content，TEC)测量不够精确、数据采集有限视角等问题，致使成像结果精度不高，不足以观测震前电离层小尺度扰动。
三频信标探测技术的发展，为高精度的电离层CT成像研究带来了希望，三频信标有三个频率载波，通过三个频率之间的两两差分并结合有关数学处理，使相位模糊系数大幅度提高，从而大大降低了相位积分常数的求解难度。目前国际上在轨的三频信标是由美国和台湾共同研制和运行的，已经初步显示了高精度探测的优势，但是面对新的应用目的，仍有一些关键技术和基本问题需要解决。
本文的主要研究目标是：模拟量化分析三频信标在高精度TEC探测方面的优势，模拟三频信标探测小尺度电离层扰动的能力，并给出高效精确的CT算法，为三频信标的设计和运行提供技术支撑。在此目标的指引下，作者进行了算法设计和模拟研究，获得了一些有意义的结果。概括起来具体研究工作主要集中在如下方面：
1.提出了一种有效的三频相位积分常数求解方法
传统的双频信标采用差分多普勒技术，基于频移或相位的测量，能够获得光程上的相对TEC，遗憾的是由于相位积分常数的不确定性，双频信标只能在某些假设的前提下获得绝对TEC的近似值，在有些情况下误差很大，给CT结果造成很大影响。三频信标技术中，通过三个频率之间的两两差分并结合数学处理，使相位模糊系数大幅度提高，据此作者提出了双频和三频相结合的相位积分常数求解方法，提高了电离层宁静期TEC测量精度。本文模拟结果证明了该算法的有效性。
2.提出了一种时延-相位联合TEC探测方法
TEC是电离层探测的主要参量之一，作为层析(CT)的主要输入参量，TEC测量精度直接影响电离层CT成像的结果。过去主要采用双频信标测量TEC，由于相位积分常数的求解、系统硬件延迟等误差，使得TEC测量结果不能满足电离层CT高精度重建的要求。本文提出了基于三频信标的传播时延-相位联合测量TEC的方法，融合了三频信标在电子密度随机起伏探测和相位积分常数计算两方面的优势，进一步提高了TEC的测量精度。模拟结果显示，利用此方法的TEC测量结果提高了电离层CT的精度。
3.发现在低轨卫星系统中低仰角与高仰角射线在CT重建过程中的权重不同
电离层CT成像是有限视角问题，水平射线的缺失造成CT结果垂直分辨率的严重下降。很多人直观地认为低仰角射线可以弥补水平射线的缺失，然而本文的理论分析和数值模拟研究结果表明低仰角射线对CT结果的影响十分微小，它无法弥补水平射线缺失所带来的垂直分辨率的下降。
4.提出了一种融合地基垂测和斜测数据的电离层CT成像算法
为了有效解决卫星信标CT成像垂直分辨率低的问题，本文提出了融合地基数据的CT成像的方法，在CT成像的过程中融合了华北地区电离层地基高分辨率监测网的垂测和斜测数据，有效地提高了重建电子浓度的垂直分辨率，大大提高了CT精度。模拟结果证明了其有效性。