隨著全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, GNSS）的不斷成熟與發(fā)展，GNSS水汽探測技術逐步成為現(xiàn)有水汽獲取的最有效途徑之一，在環(huán)境保護、降雨預警、氣候監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要作用。本書主要針對GNSS多維大氣水汽探測理論與方法進行詳細介紹。首先，從"點"到"面"再到"時"最后到"時空"的思路介紹高精度、高時空分辨率、長時序二維大氣水汽探測原理與方法；其次，介紹了GNSS大氣水汽與變分同化技術、遙感水汽反演技術協(xié)同的高質量水汽探測方法。最后，以水汽層析模型表達式為基礎，從改善層析觀測數(shù)據(jù)利用率、優(yōu)化層析模型設計矩陣、確定層析模型最優(yōu)權比的思路介紹高精度水汽廓線反演原理與方法，并介紹了普適性的GNSS多維水汽探測理論與方法。
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國家自然科學基金面上項目多維水汽反演與變分同化及其在降雨精準預報中的應用研究，編號42274039，負責人
目錄
“博士后文庫”序言
前言
第1章緒論1
1.1引言1
1.2多維水汽探測現(xiàn)狀4
1.2.1GNSS二維水汽探測技術4
1.2.2地基GNSS三維水汽層析技術10
1.2.3其他水汽探測技術16
1.3水汽探測發(fā)展方向26
1.4本書主要內容27
參考文獻28
第2章GNSS及其定位原理42
2.1GNSS42
2.1.1GPS42
2.1.2GLONASS43
2.1.3Galileo45
2.1.4BDS46
2.1.5區(qū)域導航衛(wèi)星系統(tǒng)47
2.1.6GNSS應用48
2.2GNSS定位基本原理48
2.2.1GNSS基本觀測量48
2.2.2GNSS線性組合51
2.2.3GNSS定位原理與方法56
2.2.4GNSS定位模型和隨機模型57
2.3GNSS定位影響誤差60
2.3.1衛(wèi)星星歷誤差60
2.3.2接收機鐘差和衛(wèi)星鐘差64
2.3.3對流層誤差65
viGNSS多維大氣水汽探測理論與方法
2.3.4電離層誤差67
2.3.5天線相位中心偏差68
2.3.6其他誤差69
2.4IGS70
2.4.1主要功能70
2.4.2組成部分70
2.5GNSS相關解算軟件簡介71
參考文獻71
第3章地基GNSS氣象學基本原理74
3.1基于GNSS技術的PWV反演基本原理74
3.1.1GNSSZTD數(shù)據(jù)反演74
3.1.2ZHD估計76
3.1.3Tm計算方法76
3.1.4GNSSPWV反演81
3.2基于IGRA/AERONET的PWV反演原理81
3.2.1IGRAPWV反演原理81
3.2.2AERONETPWV反演原理83
3.3基于遙感衛(wèi)星的PWV反演原理84
3.3.1基于遙感衛(wèi)星L1級數(shù)據(jù)的PWV反演原理84
3.3.2基于遙感衛(wèi)星L2級數(shù)據(jù)的PWV反演原理88
參考文獻90
第4章GNSS三維水汽層析基本原理94
4.1地基GNSSSWV/SWD恢復方法94
4.1.1SWV/SWD獲取方法94
4.1.2雙差相位殘差轉化為非差相位殘差的方法95
4.1.3常用映射函數(shù)97
4.2層析觀測方程構建101
4.2.1層析網(wǎng)格劃分101
4.2.2層析模型觀測方程系數(shù)矩陣構建102
4.2.3觀測方程建立107
4.3層析約束信息構建109
4.3.1水平約束109
4.3.2垂直約束110
4.3.3先驗約束和邊界約束111
4.4水汽層析模型解算方法112
4.4.1非迭代算法112
4.4.2迭代重構算法116
參考文獻118
第5章GNSS高精度高分辨率PWV反演關鍵技術120
5.1站點高時間分辨率PWV數(shù)據(jù)集生成方法120
5.1.1站點PWV反演現(xiàn)狀及缺陷120
5.1.2PWV反演影響因素定量評估及PWV確定121
5.1.3案例分析122
5.2基于PWV混合模型的水汽融合反演方法128
5.2.1面狀PWV反演現(xiàn)狀及缺陷128
5.2.2混合PWV融合模型構建基本原理128
5.2.3案例分析131
5.3顧及時空加權的PWV時序填補方法136
5.3.1水汽時序填補現(xiàn)狀及缺陷136
5.3.2顧及時空加權的PWV時序填補基本原理136
5.3.3案例分析139
5.4雙步PWV融合模型142
5.4.1高精度高時空分辨率水汽反演現(xiàn)狀及缺陷142
5.4.2TPF方法基本原理143
5.4.3案例分析145
參考文獻149
第6章GNSS輔助遙感衛(wèi)星的PWV反演關鍵技術151
6.1GNSS輔助MERSI/FY-3AL1數(shù)據(jù)的PWV反演方法151
6.1.1遙感衛(wèi)星水汽反演現(xiàn)狀151
6.1.2GNSS輔助MERSI/FY-3AL1數(shù)據(jù)反演PWV基本原理152
6.1.3案例分析156
6.2基于GNSS約束的MERSI/FY-3AL2PWV季節(jié)自適應校準方法160
6.2.1MERSI/FY-3AL2PWV研究現(xiàn)狀160
6.2.2GNSS校準MERSI/FY-3AL2PWV產品基本原理161
6.2.3案例分析163
參考文獻169
第7章水汽層析模型最優(yōu)設計矩陣構建關鍵技術171
7.1基于非均勻對稱水平網(wǎng)格劃分的水汽層析模型構建方法171
7.1.1層析區(qū)域確定及現(xiàn)狀171
7.1.2非均勻對稱水平網(wǎng)格劃分基本原理172
7.1.3層析區(qū)域昀優(yōu)高度確定原理173
7.1.4案例分析174
7.2基于水平參數(shù)化的水汽層析模型構建方法179
7.2.1水汽層析模型觀測方程構建現(xiàn)狀及缺陷179
7.2.2基于水平參數(shù)化的水汽層析模型觀測方程構建基本原理179
7.2.3案例分析181
參考文獻184
第8章水汽層析模型射線利用率改善關鍵技術185
8.1基于輔助區(qū)域的水汽層析模型構建方法186
8.1.1輔助區(qū)域的水汽層析模型構建現(xiàn)狀186
8.1.2基于輔助區(qū)域的水汽層析模型構建基本原理186
8.1.3擴展區(qū)域確定方法188
8.1.4案例分析188
8.2外部數(shù)據(jù)輔助的GNSS水汽層析模型構建方法191
8.2.1層析區(qū)域側面穿出射線的水汽層析模型構建現(xiàn)狀191
8.2.2層析區(qū)域側面穿出射線構建水汽層析模型基本原理191
8.2.3水汽單位指數(shù)模型改進方法194
8.2.4案例分析1196
8.2.5案例分析2198
8.3顧及比例因子的GNSS水汽層析模型構建方法201
8.3.1顧及比例因子的GNSS水汽層析模型構建基本原理201
8.3.2比例因子函數(shù)模型表達式確定及精度評估204
8.3.3案例分析205
參考文獻208
第9章GNSS水汽層析模型解算關鍵技術210
9.1顧及多類型數(shù)據(jù)權比的層析模型解算方法210
9.1.1層析模型數(shù)據(jù)權比確定現(xiàn)狀210
9.1.2同類型觀測量不同觀測值權比確定基本原理211
9.1.3不同類型觀測量權比確定基本原理212
9.1.4案例分析215
9.2基于改進嶺估計的水汽層析模型解算方法218
9.2.1水汽層析模型解算現(xiàn)狀218
9.2.2基于改進嶺估計的水汽層析模型解算基本原理219
9.2.3案例分析221
參考文獻223
第10章GNSS水汽層析影響因素224
10.1multi-GNSS數(shù)據(jù)對對流層層析精度和可靠性的影響224
10.1.1利用multi-GNSS數(shù)據(jù)進行水汽層析現(xiàn)狀224
10.1.2實驗區(qū)域與multi-GNSS層析方案設計225
10.1.3單日實驗對比225
10.1.4多日實驗對比227
10.2測站密度和網(wǎng)格劃分對水汽層析精度和可靠性的影響228
10.2.1測站密度和網(wǎng)格劃分對層析的影響228
10.2.2實驗區(qū)域與不同水汽層析方案設計228
10.2.3測站密度對層析結果的影響230
參考文獻231
第11章GNSS多維大氣水汽探測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢233
11.1GNSS多維大氣水汽探測現(xiàn)狀233
11.1.1GNSS二維水汽反演233
11.1.2GNSS多維大氣水汽層析233
11.2GNSS多維大氣水汽探測發(fā)展趨勢234
11.2.1GNSS多維大氣水汽反演234
11.2.2GNSS多維大氣水汽應用234
編后記236
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