中国每年因气象灾害造成的直接经济损失占GDP的3%一6%，气象数据的服务需求一直存在，躲避自然灾害是最原始的需求。这些需求会随着科技进步和市场发展逐渐被释放出来
相比于欧美、日本较为成熟、健康的气象经济，国内的气象经济仍处在不断发展之中并逐渐进入快速发展的阶段
2020年气象服务产业收入规模已突破400亿元，据中国气象协会估算，2025年中国气象服务产业规模可达3000亿元。
重要意义
精准高效的气象预报在民生保障/经济发展/国防建设等领域作用突出
加快推动北斗系统在气象领域应用，对支撑气象高质量发展意义显著
对流层 / 电离层参数一体化精准监测是确保气象预报精 度的关键环节
当
GNSS信号在地球大气中传播时，由于大气折射率的影响，信号传播受到了延迟，导致了信号传播方向、速度、相位、振幅及偏振状态的变化。
通过对:
1.大气极端事件下卫星导航信号精确捕获和跟踪
2.多模多频卫星导航信号通道时延短期变化精确标定和在线监测
3.北斗/GNSS电离层和对流层关键参数实时同步精确反演
等关键技术的突破及应用，从而实现对电离层闪烁指数、电离层 扰动指数、电离层TEC、对流层ZTD、对流层水汽等数据的实时高精度检测设备情况介绍
- 功能实现与性能指标
- 实时监测与组网建模
- 实时监控管理
- 时效性与准确度
水汽电离层综合探测系统
地基导航卫星水汽电离层综合探测系统通过接收全球导航卫星系统信号，获取导航卫星的星历数据、观测数据和辅助地面气象观测数据，并进行数据质控处理，获得高时间分辨大气可降水量等产的观测数据进行电离层及对流层参数提取，可由此反演天顶总延迟、品，并以此监测灾害性天气的产生和发展，主要用于中尺度天气预报、气候研究、人工影响天气等领域。
核心指标
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天顶对流层总延迟反演
时间分辨率≤5min，测量误差≤18mmm
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单站大气可降水量解算
时间分辨率≤5min，测量误差≤3mm
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卫星电离层总电子含量探测
时间分辨率≤30s，测量误差≤0.3TECu
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电离层扰动探测
时间分辨率≤30s，测量误差≤0.5TECu/min
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电离层闪烁探测
时间分辨率≤30s，测量误差s0.1和0.05rad
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接收处理单元DCB标定
标定误差≤1.0ns
实时监测与组网建模是高精度获取地球大气信息的最主要技术途径
系统状态实时监控管理
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运行状态
设备配置信息 设备工作状态
设备存储状态 软件运行状态 -
数据中心
天顶对流层总延迟 电离层电子总含量
单站大气可降水量 电离层扰动指数等 -
气象要素
实时温度 相对湿度
大气压强 -
设备配置
数据产品的流传输 FTP主动上传
支持TCP/IP及NTRIP协议 -
数据与结果文件
导航文件、观测文件
解算结果、PPP-B2b文件等 -
运行日志与系统配置
系统运行日志
软件运行监测记录
地基导航卫星水汽与电离层一体化探测的时效性与准确度优势突出
产品特点
通过自主设计的硬件与自研算法软件集成，实现基于高频观测数据的精细化电离层与对流层参数提取
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50Hz的高频采样数据稳定输出与解析
搭载50Hz高频数据处理模块，将数据回传事后解算模式更新为实时解算结果回传模式，从数据层面保证中小尺度电离层不规则体探测的能力与精度。 -
北斗/GNSS 电离层和对流层信息一体化联合精确提取技术
结合电离层和对流层本身物理变化特性，设计电离层和对流层待估参数在时域和空域上的约束策路及数学表现形式;基于高精度的导航卫星轨道和钟差等产品，实现电离层和对流层参数同步估计的最优准则。 -
北斗/GNSS空间大气关键参数一体化探测设备研制及集成测试
搭配WEB管理平台，结合软件算法攻关与硬件集成成果，开发人机交互管理平台，实现设备面向客户的可视化操作界面，降低运行维护难度与成本。 -
北斗/GNSS 多频接收机硬件延迟的精确标定和传递技术
建立外场环境下接收机硬件延迟的高精度传递及其评估方法，联合设计北斗GNSS多频接收机硬件延迟的在线估计及校准方法。
关键技术
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大气极端事件下的多模多频导航信号精确捕获与跟踪
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卫星导航对流层可降水量PWV参数信息的精确提取
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卫星导航多频信号的电离层闪烁指数模型构建与解算
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基于高频载波相位观测的电离层扰指数解算与处理
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多频多模卫星导航接收机硬件延迟的青确标定与传递
典型应用
- 传统气象应用
- 空间天气监测
- 地震预报及预警
- 军事
- 电网及输油管线保障
传统气象应用
实时高精度气象数据
高铁沿线气象数据保障
远洋货船气象数据保障
近海渔业养殖应用
高铁沿线气象数据保障
远洋货船气象数据保障
近海渔业养殖应用
传统气象预报产品
航空气象数据保障
智慧农业应用
航空气象数据保障
智慧农业应用
空间天气监测
太阳活动会造成地球附近空间环境的显著变化，进而影响航天、通信、导航、供申等人类活动。而地球附近的电离层，则恰好处在了太阳活动所影响范围和地球大变化所影响范围的交界处
导航卫星星座特殊的空间分布及连续运行观测有利于对电离层活动进行大尺度的长期连续监测，从而将传统气象的观测范围拓展为“空间天气监测”
2019年3月29日，美国公布新一版的《国家空间天气战略与行动计划》，以加强美国应对空间天气事件的能力
中国已经向国际电联申请了1.3万个低轨卫星，计划在未来10年发射完成 (过去30年中国发射卫星总数只有不到1000颗)
空间天气监测可为航天火箭发射提供必要保障
为卫星、空间站等航天器的平稳运行提供支持
中国气象局组建国家空间天气监测预警中心
地震预报及预警
多地域、多参数、多手段的观测数据表明，地震前一到数天内电离层会发生强烈扰动或出现异常 (即电离层前兆)
1965 年美国阿拉斯加 (Alaska) 大地震时，第一次证实电离层的扰动与地震发生之间存在某种关联
欧盟空间信息基础设施建设项目The Infrastructure for Spatial Information irEurope(INSPIRE)的研究表明，电离层的主要前兆出现在地震发生前约5天
国家地震烈度速报与预警工程计划部署的15510个监测站的分布图，包括基准站基本站和一般站
在地震-电离层立体监测体系的框架下搭建地震-电离层短临预测模型，充分发挥立体监测效能，为地震监测应用分析提供基础数据支撑，对于强震频发地区的震情判定具有重要意义。
军事
电离层被用来反射和传送高频无线电信号;卫星的电波信号在到达地面之前，将穿过电离层;天波超视距雷达等新体制雷达，通过电离层对高频电磁波折射的机理实现超视距探测
电离层变化将严重影响上述活动，对电离层进行实时高精度观测十分必要
导弹发射综合气象保障
边境及敏感地区实时气象数据保障
局部战场移动部署
无线电及卫星通信信号保障
电网及输油管线保障
统计数据表明，约有70%的电力系统故障与天气有关
极端天气下，地磁场的剧烈变化在导致电离层同样剧烈变化的同时，会在长距离高压 输电线中产生强烈地磁感应电流，引起 电网供电不稳或彻底崩溃
强磁暴时，每公里的输油管线上有6伏特的感生电压，即1000公里长的输油管道上，感生电压高达6000伏特。将显著影响流量计的正常计数，甚至导致管线的损毁爆炸。
对电离层的大规模实时精确检测，为电网及输油管线的安全运行提供保障
技术发展
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1990年
Jet Propulsion Laboratory (“JPL“美国喷气准进实验室)的David M.Tralli 和 Stephen MLichten最早提出使用GPS遥感大气变化的想法
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1992年
Michael Bevis (Division of Geodetic Science美国大地科学部) 首先提出GPS气象学(GPSMeteorology) 的概念
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1993年5月至1996年
美国4所大学的研究团队共同利用GPS STORM示范项目的数据建立和验证了 GPS MET的算法
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2015年
中国开展GNSS MET相关研究和部署
中国气象科技发展规划 (2021-2035年)中，“重点领域和优先方向”第一条指出:“着眼多源观测数据的获取，开展新型探测设备和观测方法研究。研究面向地球系统的协同观测关键技术，实现对大气和其他圈层要素的高时空分辨率观测。提高对典型灾害性天气系统的实时、立体、精密观测的技术能力。” -
2000年至2010年
欧洲大地测量学家和气象机构组成了 E-GVAP项目，并部署欧洲框架网 (EPN)，在全欧洲收集 GPS/GNSS MET数据
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90年代末期至2000年初期
美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 开发并运行了一个大型 GPS Met 演示网络。日本国土地理院 (GSI) 牵头建设了地基GNSS连 观 测 站 网 GEONET ( GNSSobservation network system)
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