GBT 48025-2026 地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统标准立项发展报告

地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Ground-BasedNavigationSatelliteRemoteSensingSystemforWaterVaporandIonosphericDetection摘要随着全球导航卫星系统（GNSS）气象学与空间环境监测技术的迅猛发展，地基导航卫星遥感技术已成为大气水汽探测和电离层监测不可或缺的技术手段，在数值天气预报、空间天气预警、精准农业及防灾减灾等领域具有广阔的应用前景。然而，长期以来该领域缺乏统一的国家标准，导致各业务系统在设备配置、数据格式、产品精度及质量评估等方面存在显著差异，制约了行业协同发展与数据共享效能。为填补这一标准空白，国家标准化管理委员会批准立项制定GB/T48025-2026《地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统》。本标准由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会（SAC/TC507）提出并归口，由中国气象局气象探测中心联合多家科研院所和高校共同起草，于2026年7月30日正式发布，并将于2027年2月1日起实施。本标准系统规定了地基GNSS水汽和电离层探测系统的组成结构、功能要求、性能指标、数据产品规格及检验方法，填补了我国在该领域的标准空白，对提升我国大气水汽与电离层探测的标准化水平、促进多行业数据融合应用具有重要的支撑意义。关键词：地基导航卫星；遥感探测；大气水汽；电离层；标准化；GNSS气象学Keywords:Ground-BasedNavigationSatellite;RemoteSensingDetection;AtmosphericWaterVapor;Ionosphere;Standardization;GNSSMeteorology1引言1.1研究背景水汽是地球大气中最活跃的温室气体，其时空分布变化直接影响天气系统的发生发展过程。电离层作为地球空间环境的重要组成部分，其总电子含量（TEC）的变化对无线电通信、卫星导航定位及雷达探测等系统的性能具有显著影响。因此，实现对大气水汽和电离层状态的高精度、高时空分辨率连续监测，是气象学、空间物理学及大地测量学等学科领域的共性关键需求。自20世纪90年代以来，利用全球导航卫星系统（GNSS）信号通过地球大气的折射效应反演大气参数的技术路线逐步成熟。其中，地基GNSS探测技术通过布设地面接收站，连续跟踪导航卫星信号，可同时反演测站上空的大气可降水量（PWV）和电离层总电子含量（VTEC），其探测精度已分别达到1~3mm和1~3TECU的水平。与传统的无线电探空、水汽辐射计及电离层测高仪等手段相比，地基GNSS探测技术具有全天候、高精度、高时空分辨率、设备维护成本低等多重优势，目前已在全球范围内广泛布设应用。然而，随着该技术在我国气象、测绘、地震、航天等领域的深度应用，暴露出系统建设标准缺失的现实问题。各行业部门在建设地基GNSS探测系统时，接收机选型、天线型式、观测规程、数据处理策略、产品生成格式等环节缺乏统一规范，导致不同来源的探测产品之间存在系统性偏差，数据可比性和互操作性难以保证。这一局面迫切需要通过国家标准的形式加以规范。1.2标准制定必要性首先，气象行业对GNSS水汽探测的精度与时效性提出了日趋严格的要求。数值天气预报模式对高时空分辨率水汽资料的同化需求不断增长，气象行业亟须统一各类型地基GNSS水汽探测系统的观测规范与数据标准，以保障观测产品能够可靠地进入业务同化系统。其次，空间天气监测与预警业务需要连续、稳定、高精度的电离层TEC数据支撑，而我国电离层监测网络在数据产品定义、精度评定方法等方面仍需对标国际规范。再次，各行业建设的GNSS观测站在硬件配置、数据采集和处理流程上仍存在大量异质性，多数台站为兼用站而非专用探测系统，客观上加大了产品不一致的风险。上述问题的存在，凸显了制定相关国家标准的必要性与紧迫性。2适用范围本标准规定了地基导航卫星遥感水汽探测系统和地基导航卫星遥感电离层探测系统的组成结构、功能要求、性能指标、数据产品、检验检测及标识标志等技术要求。本标准适用于地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统的设计、建设、运行维护和质量管理，也适用于利用全球导航卫星系统（GNSS）观测资料开展大气水汽和电离层探测的各类专用和兼用站网。3规范性与引用性文件本标准在编制过程中引用了国家标准、行业标准及权威技术文件作为基础。所引用文件中的条款通过本标准的引用而构成本标准不可分割的组成部分，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。主要引用文件包括：-GB/T39267-2020《北斗卫星导航术语》-GB/T39473-2020《北斗卫星导航系统公开服务性能规范》-GB/T37927-2019《全球导航卫星系统（GNSS）连续运行基准站术语及定义》-QX/T118-2010《地面气象观测规范气象能见度》-中国气象局《气象观测技术发展路线图（2020—2035年）》上述文件共同构成了本标准技术内容编制所遵循的基础框架。4术语和定义4.1关键术语界定为确保标准的适用性与统一性，对标准中涉及的核心术语进行规范化界定。其中，"全球导航卫星系统（GNSS，GlobalNavigationSatelliteSystem）"指能够在地球表面或近地空间内提供全天候三维坐标、速度及时间信息的卫星导航定位系统的总称，包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧盟的Galileo系统等。"地基导航卫星遥感水汽探测系统"指基于地面布设的GNSS接收设备，利用导航卫星信号穿过中性大气层时产生的对流层湿延迟效应，实现对测站垂直方向上大气可降水量（PWV，PrecipitableWaterVapor）遥感探测的完整技术系统。该系统的物理基础在于，GNSS信号在传播路径上受到大气水汽引起的信号延迟（湿延迟）可通过高精度数据处理从总延迟中分离，进而转换为水汽含量信息。"地基导航卫星遥感电离层探测系统"指利用地面GNSS双频或多频接收设备，通过提取导航信号穿越电离层时因色散效应产生的不同频率间传播延迟差，获取信号传播路径上的电离层总电子含量（TEC，TotalElectronContent）以及测站上空的垂直总电子含量（VTEC）等参数的探测系统。4.2辅助术语此外，标准还对"大气可降水量"、"总电子含量"、"垂直总电子含量"、"对流层天顶延迟"及"对流层天顶湿延迟"等参数性术语进行了规范性定义，确保各类探测产品和成果在术语使用上的科学性与一致性。5缩略语为便于标准文件的使用与技术交流，列出下列适用于本文件的缩略语：-GNSS：全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）-BDS：北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem）-GPS：全球定位系统（GlobalPositioningSystem）-GLONASS：格洛纳斯卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，俄罗斯）-Galileo：伽利略卫星导航系统（GalileoNavigationSatelliteSystem）-PWV：大气可降水量（PrecipitableWaterVapor）-ZTD：对流层天顶总延迟（ZenithTotalDelay）-ZWD：对流层天顶湿延迟（ZenithWetDelay）-TEC：电离层总电子含量（TotalElectronContent）-VTEC：电离层垂直总电子含量（VerticalTotalElectronContent）-RINEX：接收机独立交换格式（ReceiverIndependentExchangeFormat）-PPP：精密单点定位（PrecisePointPositioning）-PPD：精密点定位（PrecisePointPositioningwithDouble-difference）6系统组成与功能要求6.1系统总体构成地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统由GNSS信号接收子系统、气象辅助观测子系统、数据采集与通信子系统、数据处理与产品生成子系统以及运行监控与质量保障子系统等基本组件构成。各子系统协同实现从原始卫星信号接收到最终地球物理参数产品的完整探测链路。6.2功能要求要点GNSS信号接收子系统应具备多系统、多频点信号跟踪能力，接收机频点应至少覆盖GPSL1/L2和BDSB1/B3，以保障电离层延迟提取所需的双频观测条件；同时接收机应支持高频采样（1Hz及以上）以保障对流层延迟估计的时间分辨率。气象辅助观测子系统用于同步观测测站气压、气温和相对湿度等气象要素，其测量精度应分别满足气压误差不超过0.3hPa、气温误差不超过0.5°C、相对湿度误差不超过5%的指标要求——这些气象要素的同步观测精度直接影响湿延迟至水汽含量转换的准确程度。数据采集与通信子系统应确保原始观测数据的高可靠存储与实时传输，宜支持RINEX格式数据的输出以保障数据交换的兼容性。7性能指标要求7.1水汽探测系统性能指标标准对地基GNSS水汽探测系统的性能提出了明确的量化要求，核心指标包括：-在无电离层闪烁的对流层延迟估计精度方面，测站天顶总延迟（ZTD）的估计精度应达到4mm以内（以与外部高精度参考解比较的均方根误差计）；-大气可降水量（PWV）的反演精度应优于2mm（相对于探空或辐射计参考值）。该精度要求与目前国际上先进GNSS气象学业务系统水平相一致，能够有效满足中尺度数值天气预报模式同化应用的需求；-数据可用率应不低于95%，以确保接入业务系统的数据连续性。7.2电离层探测系统性能指标-电离层TEC的估计精度应满足：在电离层平静条件下，VTEC的反演精度优于2TECU；-数据更新频率应不低于5min，以支撑电离层扰动监测等应用场景。8数据产品要求地基导航卫星遥感水汽和电离层探测系统的主要数据产品包括如下类别。标准对各产品的数据格式、单位、时间参考系、空间参考系等进行了统一定义：-大气可降水量（PWV）产品：以毫米（mm）为单位的时间序列数据，时间分辨率宜不低于30min，可提供逐时或更高频次的水汽变化资料；-对流层天顶总延迟（ZTD）产品：以毫米为单位，是GNSS气象学中最基础的中间产品，可供数值天气预报模式直接同化使用；-电离层垂直总电子含量（VTEC）产品：以TECU为单位，提供测站上空垂直方向电离层电子总量，可进一步用于电离层建模与空间天气监测。9检验检测方法与质量评估为保证系统及产品的可靠性，标准建立了一套系统的检验检测框架。在设备检测方面，包括接收机信号跟踪能力测试、天线相位中心稳定性检验和气象传感器校准周期管理要求。在产品精度评估方面，标准明确了利用国际参考站产品、无线电探空资料和电离层测高仪数据进行交叉验证的方法和合格判据。在运行稳定性监控方面，参照中国气象局对业务观测系统运行质量考核的通行标准，综合可用率、数据连续率和故障恢复时间等技术指标建立了系统运行质量的综合评价方法，其中数据连续率以实际获取有效观测数据的时间与理论应获取时间之比计算，故障恢复时间则覆盖了从发现故障到恢复正常观测的全过程时限要求。10标准实施意义与前景本标准的发布实施，将从根本上改变我国地基GNSS水汽和电离层探测领域缺乏统一技术依据的局面。具体而言，其意义主要体现在以下方面：其一，在技术层面，本标准的实施有助于统一观测技术要求和数据格式，降低多源数据的系统偏差，提高我国各类GNSS气象观测站网数据的可比性和互融互通能力。这对于优化数值天气预报初始场质量、提升暴雨等灾害性天气预报精度具有重要的基础性支撑作用。其二，在业务层面，中国气象局正在加快推进以GNSS水汽和电离层探测为代表的新兴气象观测技术的发展，本标准的实施将为气象部门地基GNSS探测站网的建设布局和业务运行提供制度性保障。其三，在空间天气领域，电离层是影响航天活动和无线电系统性能的重要空间环境要素。通过本标准的实施，可有效保障我国电离层监测站网的产品精度和数据质量，支撑空间天气预报预警业务的开展。其四，在国际合作方面，本标准的制定注重与国际标准化组织（ISO/TC211）、世界气象组织（WMO）的仪器与观测方法委员会（CIMO）相关指南的协调一致，标准技术指标体系与当前国际主流技术规范保持了良好的一致性，便于国际间的数据交换和产品互认。展望未来，随着北斗三号系统全面建成并持续提供全球服务，我国具备自主知识产权的北斗/GNSS气象探测将迎来新的发展机遇。本标准的制定和实施恰逢其时，将为促进北斗系统在气象和空间天气领域的深度应用提供标准化指引和支撑。11修订单位介绍本标准由中国气象局气象探测中心牵头组织修订。中国气象局气象探测中心是我国国家级气象观测业务的核心支撑单位，承担着全国气象观测站网的设计规划、技术装备研发与业务运行保障等关键职能。多年来，该中心围绕GNSS气象学前沿方向持续开展应用技术攻关和业务化推进