Global Navigation Satellite System (GNSS) is now widely used for continuous ionospheric observations. Three-dimensional computerized ionospheric tomography (3DCIT) is an important tool for the reconstruction of electron density distributions in the ionosphere through effective use of the GNSS data. More specifically, the 3DCIT technique is able to resolve the three-dimensional electron density distributions over the reconstructed area based on the GNSS slant total electron content (STEC) observations. We present an Improved Constrained Simultaneous Iterative Reconstruction Technique (ICSIRT) algorithm that differs from the traditional ionospheric tomography methods in 3 ways. First, the ICSIRT computes the electron density corrections based on the product of the intercept and electron density within voxels so that the assignment of corrections at different heights becomes more reasonable. Second, an Inverse Distance Weighted (IDW) interpolation is used to restrict the electron density values in the voxels not traversed by GNSS rays, thereby ensuring the smoothness of the reconstructed region. Also, to improve the reconstruction accuracy around the HmF2 (the peak height of the F2 layer) altitude, a multiresolution grid is adopted in the vertical direction, with a 10-km resolution from 200 to 420 km and a 50-km resolution at other altitudes. The new algorithm has been applied to the GNSS data over the European and North American regions in different case studies that involve different seasonal conditions as well as a major storm. In the European region experiment, reconstruction results show that the new ICSIRT algorithm can effectively improve the reconstruction of the GNSS data. The electron density profiles retrieved from ICSIRT are much closer to the ionosonde observations than those from its predecessor, namely, the Constrained Simultaneous Iteration Reconstruction Technique (CSIRT). The reconstruction accuracy is significantly improved. In the North American region experiment, the electron density profiles in ICSIRT results show better agreement with incoherent scatter radar observations than CSIRT, even for the topside profiles.

中文翻译：

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电离层层析成像的一种改进的约束同时迭代重构技术

全球导航卫星系统（GNSS）现已广泛用于连续电离层观测。三维计算机电离层断层扫描（3DCIT）是通过有效利用GNSS数据重建电离层中电子密度分布的重要工具。更具体地说，3DCIT技术能够基于GNSS倾斜总电子含量（STEC）观测结果来解析重建区域上的三维电子密度分布。我们提出了一种改进的约束同时迭代重建技术（ICSIRT）算法，它在3种方面不同于传统的电离层层析成像方法。第一，ICSIRT根据截距和体素内电子密度的乘积来计算电子密度校正值，从而使不同高度处的校正值分配更加合理。其次，使用逆距离加权（IDW）插值法来限制GNSS射线未遍历的体素中的电子密度值，从而确保重建区域的平滑度。此外，为了提高HmF2（F2层的峰值高度）高度附近的重建精度，在垂直方向上采用了多分辨率网格，从200到420 km的分辨率为10 km，在其他方向的分辨率为50 km。海拔。在涉及不同季节条件和大风暴的不同案例研究中，新算法已应用于欧洲和北美地区的GNSS数据。在欧洲地区的实验中，重建结果表明，新的ICSIRT算法可以有效改善GNSS数据的重建。与从其前身即约束同时迭代重建技术（CSIRT）获得的电子密度分布图相比，从ICSIRT获得的电子密度分布图更接近离子探空仪的观测结果。重建精度大大提高。在北美地区的实验中，即使对于顶部剖面，ICSIRT结果中的电子密度剖面也比CSIRT与非相干散射雷达观测结果更好地吻合。重建结果表明，新的ICSIRT算法可以有效地改善GNSS数据的重建。与从其前身即约束同时迭代重建技术（CSIRT）获得的电子密度分布图相比，从ICSIRT获得的电子密度分布图更接近离子探空仪的观测结果。重建精度大大提高。在北美地区的实验中，即使对于顶部剖面，ICSIRT结果中的电子密度剖面也比CSIRT与非相干散射雷达观测结果更好地吻合。重建结果表明，新的ICSIRT算法可以有效地改善GNSS数据的重建。与从其前身即约束同时迭代重建技术（CSIRT）获得的电子密度分布图相比，从ICSIRT获得的电子密度分布图更接近离子探空仪的观测结果。重建精度大大提高。在北美地区的实验中，即使对于顶部剖面，ICSIRT结果中的电子密度剖面也比CSIRT与非相干散射雷达观测结果更好地吻合。约束的同时迭代重建技术（CSIRT）。重建精度大大提高。在北美地区的实验中，即使对于顶部剖面，ICSIRT结果中的电子密度剖面也比CSIRT与非相干散射雷达观测结果更好地吻合。约束的同时迭代重建技术（CSIRT）。重建精度大大提高。在北美地区的实验中，即使对于顶部剖面，ICSIRT结果中的电子密度剖面也比CSIRT与非相干散射雷达观测结果更好地吻合。