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对流层延迟是影响GNSS服务性能的主要误差源之一，在高精度GNSS导航、定位和授时(GNSS-PNT)等应用中必须精确估计、建模并加以修正。另一方面，基于GNSS技术估计的对流层延迟包含有丰富的大气水汽信息，使得GNSS同时成为一种高效、便捷的大气水汽监测手段。随着GNSS的现代化，特别是我国北斗卫星导航定位系统(BDS)的建设与发展，GNSS观测资料日益丰富。拓展基于GNSS的对流层延迟估计与建模方法，实现低成本、高时效、多时空分辨率的GNSS对流层延迟误差修正技术及大气水汽监测服务，既是当前多模卫星导航系统融合应用的客观需求，也是北斗系统自主可控所面临的重要任务，并且还是未来提升GNSS-PNT及其他潜在应用性能的重要技术手段。
目前，经验对流层模型是实时GNSS导航用户修正对流层延迟误差的主要技术手段受限于建模方法的精度及建模所用数据（大气观测资料）的时空分辨率，现有主要经验对流层模型（如EGNOS/UNB/GPT2w/IGGtrop系列等）均以对流层延迟一天内时不变假设为前提，无法精细化模拟对流层延迟一天内的短时变化，加之，对流层延迟的湿分量具有区域短时变化的特性，这严重限制了经验对流层模型的修正精度。随着GNSS技术的发展，高精度的GNSS-PNT应用对对流层延迟误差修正服务精度提出了新的更高的要求。基于地基GNSS数据估计的对流层延迟(GNSS-ZTD)具有“高精度、高时间分率”的特点，因此，是一种有效的GNSS大气延迟增强信息。目前，地基GNSS数据及参考站的数量与分布呈现出“大规模、分布式、实时传输”的发展特点。测站多、数据并发，使得传统的“双差网解”算法难以满足对流层延迟参数的高时效、高时空分辨率估计的应用需求。另一方面，在地基GNSS大气水汽监测应用中，稳定可靠的GNSS对流层延迟信息是计算GNSS大气水汽产品的基础。此外，气压与大气加权平均温度也是影响地基GNSS水汽产品计算精度的两个关键大气参数。但是，目前多数GNSS参考站存在气象观测数据质量差、不完整和无法实时获取的问题，严重制约了其在大气水汽监测中的应用。近年来，实时GNSS服务的发展为进一步提升GNSS应用的时效性提供了可能。如何实现高时效、高精度、高时空分辨率的GNSS对流层延迟估计、建模与大气水汽监测应用已经成为目前GNSS领域的研究热点。本文针对以上GNSS对流层研究与应用中所面临的技术瓶颈与王见实需求，系统性地开展了以下五个方面的研究工作:
1.针对高密度测站条件下，GNSS对流层延迟参数的高时效与高精度估计问题，开展了基于单GNSS与多模GNSS(GPS/GLONASS/Galileo/BDS-2/BDS-3)、无电离层组合与非组合、实时与事后等多种PPP技术方案的对流层参数估计研究:并基于多源的对流层干延迟模型，系统分析了先验对流层干延迟误差对PPP估计对流层延迟参数的影响，为全球范围内高精度GNSS对流层延迟产品的计算提供了参考
密集分布的地基GNSS观测站是实现高精度、高时空分辨率GNSS空间大气效应监测服务的基础。传统的双差网解GNSS数据处理技术在处理较大数量的观测站时计算负担较大，解算效率偏低。为实现“大规模、分布式”GNSS观测站对流层延迟参数的高效率与高精度估计，本文开展了基于无电离层组合与非组合、单GNSS与多模GNSS（GPS/GLONASS/Galileo/BDS-2/BDS-3）、实时与事后等多种PPP技术方案估计对流层延迟参数的研究，系统比较分析了上述多种PPP方案估计对流层延迟参数的精度。此外，先验对流层干延迟是PPP实施过程中的必要输入数据，为研究先验干延迟误差对PPP解算高精度对流层延迟产品的影响，本文分析了Saastamoinen、GPT2w、VMFI和VMFI-FC（实时应用）模型计算对流层干延迟的精度，并基于IGS跟踪站的GNSS观测数据，在全球范围内系统分析了先验干延迟误差对事后及实时PPP解的影响。
2.针对经验对流层模型无法精确模拟对流层延迟短时变化的问题，研究了一种基于大规模、分布式GNSS参考站网的对流层格网模型建模方法-GTP，实现了一种适用于广域范围的高精度对流层延迟误差修正服务模式。与传统经验对流层模型相比，GTP在提升时间分辨率的同时，修正精度也提升了约50％。
经验对流层模型是当前广域范围内GNSS用户修正对流层延迟误差的主要技术手段，但限于建模方法及建模数据的精度，现有主要经验对流层模型均存在无法精确模拟对流层延迟短时变化的问题。为实现广域范围内更高精度的对流层延迟误差修正服务，本文提出了一种基于大规模、分布式GNSS参考站网的事后及实时对流层格网模型建模方法GTP。GTP方法立足于GNSS观测站数量日益增加的现状，充分利用GNSS-ZTD具有的高时空分辨率、高精度的特点，实现r广域范围内对流层延迟的精细化模拟。GTP方法主要分为四步:(l)基于并行非组合PPP解算大规模、分布式GNSS参考站网内各测站的GNSS-ZTD，将其作为对流层空间格网化建模的基础输入数据:(2)采用团队白主研制的基于三维空间参数表的经验对流层模型IGGtrop提供ZTD高差修正量，将参考站处ZTD归算至模型参考面:(3)水平方向采用反距离加权插值方法生成格网点处的对流层延迟信息:(4)基于自定义的RTCM格式对实时GTP模型信息进行编码，采用NTRIP协议通过互联网进行实时播发，从而保障了实时导航定位用户对高精度对流层延迟修正信息的高效获取，实现了一种广域范围内高精度、高时间分辨率的对流层延迟误差修正服务模式。
3.针对实时区域对流层建模应用中实时GNSS数据与精密产品传输不稳定及传统建模方法噪声大的问题，本文提出了一种新的基于抗差卡尔曼滤波算法的实时区域对流层建模方法-EKFTROP，EKFTROP充分顾及了区域对流层延迟的时空相关性，并引入抗差机制，提升了区域对流层建模的精度及稳定度
传统的实时区域对流层建模一般基于各GNSS参考站当前历元的ZTD信息，采用多项式数学模型，进行单历元最小二乘拟合，即建模过程中将对流层延迟随时间的变化视为白噪声过程，未顾及对流层延迟的短时平稳变化特性。加之，实时数据流传输的不稳定及实时轨道、钟差产品精度相对较低的不利因素，各GNSS参考站估计的实时ZTD较事后解具有较低的精度，更增加了实时区域对流层建模的不确定性。针对这一现状，本文提出了一种新的基于抗差卡尔曼滤波算法的实时区域对流层建模方法-EKFTROP。EKFTROP采用抗差卡尔曼滤波算法逐历元递归估计区域对流层模型参数，使得建模过程不仅利用当前历元的观测信息，还可充分顾及区域对流层延迟的短时平稳变化特性，在时间域对建模过程增加适当约束。此外，EKFTROP建模过程引入抗差机制，可有效避免因个别GNSS基准站数据异常而引起的区域对流层模型的整体偏差，使得区域对流层建模过程更加稳健。
4.针对地基GNSS水汽监测应用中部分测站实测气压与大气加权平均温度无法获取的问题，本文开展了基于多源气象观测资料的气压与大气加权平均温度的计算与建模研究，构建了两种精化的可应用于多种应用环境的大气加权平均温度模型GM-Tm（需气温观测）和GH-Tm（无需气温观测）
气压（用于确定对流层干延迟）和大气加权平均温度（用于确定湿延迟与大气水汽之间转换系数）是地基GNSS水汽产品计算中两个关键大气参数。由于管理不规范，部分GNSS观测站的气象观测资料存在缺失、不连续和质量差的问题。针对这一现状，本文开展了两方面的研究工作:(1)分析了ERA-Intcrim、NCEP、VMF1、VMF1-FC和GPT2w等多源气象观测资料在中国区域的精度及时空可用性，为事后及实时地基GNSS水汽产品计算中对流层干延迟的确定提供参考;(2)构建了两种精化的可应用于多种应用环境的大气加权平均温度模型GM-Tm和GH-Tm。基于格网化设计的新模型，可更加精细化模拟大气加权平均温度的时空变化特征，可服务于事后和实时、有气温观测和无气温观测条件下的地基GNSS大气水汽监测应用。
5.基于并行非组合PPP技术搭建了一套具有高时效GNSS大气参数计算与多类大气产品服务功能的软件平台G-ATMLAB，可实现多时空尺度GNSS空间大气效应的一体化监测
PPP相比较于传统的双差网解算法具有解算效率高、无需参考站数据、便于实时化等优点。非组合PPP相比于传统的无电离层组合PPP，一方面避免了观测值组合造成的噪声放大，另一方面又实现了对流层延迟与电离层延迟参数的同步高精度估计。鉴于非组合PPP的上述优势，本文基于并行非组合PPP技术设计并搭建了有特色的GNSS大气关键参数计算服务平台-G-ATMLAB(GNSS-based Atmosphcres Laboratory)。G-ATMLAB平台支持多星座(GPS/GLONASS/BDS/Galileo)、多频率（单频、双频）、多时态（事后、准实时和实时）的GNSS数据处理模式，可实现基于PPP的对流层与电离层一体化监测。经测试，G-ATMLAB平台己具备不少于2000个GNSS基准站数据的实时并行处理能力，可日常化输出多种时态的GNSS大气相关产品，主要产品包括:GNSS天顶对流层延迟、对流层梯度、广域对流层格网模型GTP、实时区域对流层模型EKFTROP、IGGtrop模型、大气加权平均温度(GM-Tm/GH-Tm)、地基GNSS水汽产品、电离层TEC等。
目前，经验对流层模型是实时GNSS导航用户修正对流层延迟误差的主要技术手段受限于建模方法的精度及建模所用数据（大气观测资料）的时空分辨率，现有主要经验对流层模型（如EGNOS/UNB/GPT2w/IGGtrop系列等）均以对流层延迟一天内时不变假设为前提，无法精细化模拟对流层延迟一天内的短时变化，加之，对流层延迟的湿分量具有区域短时变化的特性，这严重限制了经验对流层模型的修正精度。随着GNSS技术的发展，高精度的GNSS-PNT应用对对流层延迟误差修正服务精度提出了新的更高的要求。基于地基GNSS数据估计的对流层延迟(GNSS-ZTD)具有“高精度、高时间分率”的特点，因此，是一种有效的GNSS大气延迟增强信息。目前，地基GNSS数据及参考站的数量与分布呈现出“大规模、分布式、实时传输”的发展特点。测站多、数据并发，使得传统的“双差网解”算法难以满足对流层延迟参数的高时效、高时空分辨率估计的应用需求。另一方面，在地基GNSS大气水汽监测应用中，稳定可靠的GNSS对流层延迟信息是计算GNSS大气水汽产品的基础。此外，气压与大气加权平均温度也是影响地基GNSS水汽产品计算精度的两个关键大气参数。但是，目前多数GNSS参考站存在气象观测数据质量差、不完整和无法实时获取的问题，严重制约了其在大气水汽监测中的应用。近年来，实时GNSS服务的发展为进一步提升GNSS应用的时效性提供了可能。如何实现高时效、高精度、高时空分辨率的GNSS对流层延迟估计、建模与大气水汽监测应用已经成为目前GNSS领域的研究热点。本文针对以上GNSS对流层研究与应用中所面临的技术瓶颈与王见实需求，系统性地开展了以下五个方面的研究工作:
1.针对高密度测站条件下，GNSS对流层延迟参数的高时效与高精度估计问题，开展了基于单GNSS与多模GNSS(GPS/GLONASS/Galileo/BDS-2/BDS-3)、无电离层组合与非组合、实时与事后等多种PPP技术方案的对流层参数估计研究:并基于多源的对流层干延迟模型，系统分析了先验对流层干延迟误差对PPP估计对流层延迟参数的影响，为全球范围内高精度GNSS对流层延迟产品的计算提供了参考
密集分布的地基GNSS观测站是实现高精度、高时空分辨率GNSS空间大气效应监测服务的基础。传统的双差网解GNSS数据处理技术在处理较大数量的观测站时计算负担较大，解算效率偏低。为实现“大规模、分布式”GNSS观测站对流层延迟参数的高效率与高精度估计，本文开展了基于无电离层组合与非组合、单GNSS与多模GNSS（GPS/GLONASS/Galileo/BDS-2/BDS-3）、实时与事后等多种PPP技术方案估计对流层延迟参数的研究，系统比较分析了上述多种PPP方案估计对流层延迟参数的精度。此外，先验对流层干延迟是PPP实施过程中的必要输入数据，为研究先验干延迟误差对PPP解算高精度对流层延迟产品的影响，本文分析了Saastamoinen、GPT2w、VMFI和VMFI-FC（实时应用）模型计算对流层干延迟的精度，并基于IGS跟踪站的GNSS观测数据，在全球范围内系统分析了先验干延迟误差对事后及实时PPP解的影响。
2.针对经验对流层模型无法精确模拟对流层延迟短时变化的问题，研究了一种基于大规模、分布式GNSS参考站网的对流层格网模型建模方法-GTP，实现了一种适用于广域范围的高精度对流层延迟误差修正服务模式。与传统经验对流层模型相比，GTP在提升时间分辨率的同时，修正精度也提升了约50％。
经验对流层模型是当前广域范围内GNSS用户修正对流层延迟误差的主要技术手段，但限于建模方法及建模数据的精度，现有主要经验对流层模型均存在无法精确模拟对流层延迟短时变化的问题。为实现广域范围内更高精度的对流层延迟误差修正服务，本文提出了一种基于大规模、分布式GNSS参考站网的事后及实时对流层格网模型建模方法GTP。GTP方法立足于GNSS观测站数量日益增加的现状，充分利用GNSS-ZTD具有的高时空分辨率、高精度的特点，实现r广域范围内对流层延迟的精细化模拟。GTP方法主要分为四步:(l)基于并行非组合PPP解算大规模、分布式GNSS参考站网内各测站的GNSS-ZTD，将其作为对流层空间格网化建模的基础输入数据:(2)采用团队白主研制的基于三维空间参数表的经验对流层模型IGGtrop提供ZTD高差修正量，将参考站处ZTD归算至模型参考面:(3)水平方向采用反距离加权插值方法生成格网点处的对流层延迟信息:(4)基于自定义的RTCM格式对实时GTP模型信息进行编码，采用NTRIP协议通过互联网进行实时播发，从而保障了实时导航定位用户对高精度对流层延迟修正信息的高效获取，实现了一种广域范围内高精度、高时间分辨率的对流层延迟误差修正服务模式。
3.针对实时区域对流层建模应用中实时GNSS数据与精密产品传输不稳定及传统建模方法噪声大的问题，本文提出了一种新的基于抗差卡尔曼滤波算法的实时区域对流层建模方法-EKFTROP，EKFTROP充分顾及了区域对流层延迟的时空相关性，并引入抗差机制，提升了区域对流层建模的精度及稳定度
传统的实时区域对流层建模一般基于各GNSS参考站当前历元的ZTD信息，采用多项式数学模型，进行单历元最小二乘拟合，即建模过程中将对流层延迟随时间的变化视为白噪声过程，未顾及对流层延迟的短时平稳变化特性。加之，实时数据流传输的不稳定及实时轨道、钟差产品精度相对较低的不利因素，各GNSS参考站估计的实时ZTD较事后解具有较低的精度，更增加了实时区域对流层建模的不确定性。针对这一现状，本文提出了一种新的基于抗差卡尔曼滤波算法的实时区域对流层建模方法-EKFTROP。EKFTROP采用抗差卡尔曼滤波算法逐历元递归估计区域对流层模型参数，使得建模过程不仅利用当前历元的观测信息，还可充分顾及区域对流层延迟的短时平稳变化特性，在时间域对建模过程增加适当约束。此外，EKFTROP建模过程引入抗差机制，可有效避免因个别GNSS基准站数据异常而引起的区域对流层模型的整体偏差，使得区域对流层建模过程更加稳健。
4.针对地基GNSS水汽监测应用中部分测站实测气压与大气加权平均温度无法获取的问题，本文开展了基于多源气象观测资料的气压与大气加权平均温度的计算与建模研究，构建了两种精化的可应用于多种应用环境的大气加权平均温度模型GM-Tm（需气温观测）和GH-Tm（无需气温观测）
气压（用于确定对流层干延迟）和大气加权平均温度（用于确定湿延迟与大气水汽之间转换系数）是地基GNSS水汽产品计算中两个关键大气参数。由于管理不规范，部分GNSS观测站的气象观测资料存在缺失、不连续和质量差的问题。针对这一现状，本文开展了两方面的研究工作:(1)分析了ERA-Intcrim、NCEP、VMF1、VMF1-FC和GPT2w等多源气象观测资料在中国区域的精度及时空可用性，为事后及实时地基GNSS水汽产品计算中对流层干延迟的确定提供参考;(2)构建了两种精化的可应用于多种应用环境的大气加权平均温度模型GM-Tm和GH-Tm。基于格网化设计的新模型，可更加精细化模拟大气加权平均温度的时空变化特征，可服务于事后和实时、有气温观测和无气温观测条件下的地基GNSS大气水汽监测应用。
5.基于并行非组合PPP技术搭建了一套具有高时效GNSS大气参数计算与多类大气产品服务功能的软件平台G-ATMLAB，可实现多时空尺度GNSS空间大气效应的一体化监测
PPP相比较于传统的双差网解算法具有解算效率高、无需参考站数据、便于实时化等优点。非组合PPP相比于传统的无电离层组合PPP，一方面避免了观测值组合造成的噪声放大，另一方面又实现了对流层延迟与电离层延迟参数的同步高精度估计。鉴于非组合PPP的上述优势，本文基于并行非组合PPP技术设计并搭建了有特色的GNSS大气关键参数计算服务平台-G-ATMLAB(GNSS-based Atmosphcres Laboratory)。G-ATMLAB平台支持多星座(GPS/GLONASS/BDS/Galileo)、多频率（单频、双频）、多时态（事后、准实时和实时）的GNSS数据处理模式，可实现基于PPP的对流层与电离层一体化监测。经测试，G-ATMLAB平台己具备不少于2000个GNSS基准站数据的实时并行处理能力，可日常化输出多种时态的GNSS大气相关产品，主要产品包括:GNSS天顶对流层延迟、对流层梯度、广域对流层格网模型GTP、实时区域对流层模型EKFTROP、IGGtrop模型、大气加权平均温度(GM-Tm/GH-Tm)、地基GNSS水汽产品、电离层TEC等。