氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地基導(dǎo)航衛(wèi)星遙感水汽探測(cè)系統(tǒng)》編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況任務(wù)來(lái)源氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地基導(dǎo)航衛(wèi)星遙感水汽探測(cè)系統(tǒng)》 由全國(guó)氣象儀器和觀測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC507）提出并歸口。任務(wù)于

2019年

9月

30日由中國(guó)氣象局政策法規(guī)司下達(dá)

（氣法函〔2019〕58

號(hào)），項(xiàng)目編號(hào)

QX/T-2020-51

，項(xiàng)目名稱《地基導(dǎo)航衛(wèi)星遙感水汽探測(cè)系統(tǒng)》

。協(xié)作單位本標(biāo)準(zhǔn)起草單位為：中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心、武漢大學(xué)、青海省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心、上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司、南京信息工程大學(xué)主要工作過(guò)程（1）成立起草組2019年10月成立起草組，確定起草組人員，明確分工。（2）組織起草2019年

10月份確定了編寫(xiě)大綱，通過(guò)電話會(huì)議以及網(wǎng)絡(luò)群內(nèi)討論的形式，組織編寫(xiě)組成員，學(xué)習(xí)了

GB/T1.1-2009

標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則，研討了本標(biāo)準(zhǔn)的基本情況、主要內(nèi)容、已有試驗(yàn)或數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、技術(shù)路線，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行了補(bǔ)充和細(xì)化，形成了標(biāo)準(zhǔn)討論稿第

1稿。（3）2020年

3，編寫(xiě)組分別參考相關(guān)的國(guó)標(biāo)、

行標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的討論稿內(nèi)容逐章逐條進(jìn)行了討論，進(jìn)一步完善和修改，形成了第

2稿和第

3稿討論稿。（4）完成征求意見(jiàn)稿2020年

5月，編寫(xiě)組結(jié)合反饋意見(jiàn)完成了初稿，

在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行了專家咨詢和意見(jiàn)征求，結(jié)合意見(jiàn)反饋和編寫(xiě)組內(nèi)討論，對(duì)討論稿做了進(jìn)一步修改和完善，形成了征求意見(jiàn)稿。標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所做的工作姓名職稱單位分工涂滿紅高工中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心標(biāo)準(zhǔn)編制、技術(shù)把控及制定組織工作總體負(fù)責(zé)，編制說(shuō)明的起草和審定。曹云昌正研級(jí)高工中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心參與標(biāo)準(zhǔn)制定，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文本科學(xué)規(guī)范性審查。樓益棟教授武漢大學(xué)參與標(biāo)準(zhǔn)制定，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)徐國(guó)元高工青海省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心參與標(biāo)準(zhǔn)制定，負(fù)責(zé)氣象設(shè)備部分內(nèi)容王立端高工上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有參與標(biāo)準(zhǔn)制定，負(fù)責(zé)接收機(jī)天線限公司部分內(nèi)容的編寫(xiě)張衛(wèi)星副研究員武漢大學(xué)參與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理部分內(nèi)容的編寫(xiě)柯福陽(yáng)教授南京信息工程大學(xué)參與標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，負(fù)責(zé)編制說(shuō)明編制。梁靜舒助工中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心參與標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)，負(fù)責(zé)專家意見(jiàn)征求，專家意見(jiàn)的收集和整理。閔敏工程師上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有參與天線和接收機(jī)部分內(nèi)容的編限公司寫(xiě)馬軍工程師青海省格爾木市氣象局參與氣象設(shè)備部分內(nèi)容的編寫(xiě)王海深高工中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心參與編制說(shuō)明和專家意見(jiàn)的收集整理安力珺助工青海省氣象局參與氣象設(shè)備部分內(nèi)容的編寫(xiě)和專家意見(jiàn)的收集整理二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)說(shuō)明：標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括技術(shù)指標(biāo)、 參數(shù)、公式、性能要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等；論據(jù)包括試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)增列新舊標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比。標(biāo)準(zhǔn)的編制原則本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù) GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第 1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)》給出的規(guī)則起草，并堅(jiān)持以下原則：（1）科學(xué)性和規(guī)范性原則本標(biāo)準(zhǔn)充分借鑒和參考了國(guó)際、 國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 力求吸收國(guó)際上先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法， 強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和規(guī)范性，與國(guó)際接軌。（2）簡(jiǎn)化性、實(shí)用性原則在起草過(guò)程中，編寫(xiě)組在滿足需求的前提下， 充分考慮國(guó)內(nèi)實(shí)際情況， 從標(biāo)準(zhǔn)便于實(shí)施的角度出發(fā)，對(duì)國(guó)內(nèi)外的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了篩選提煉，以期實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效地滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與驗(yàn)收需求。（3）協(xié)調(diào)性原則編寫(xiě)組在收集已有的研究成果、 查閱大量資料、征求多方意見(jiàn)后， 在綜合考慮各方面需求和意見(jiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整， 達(dá)到內(nèi)容全面， 規(guī)定具體，語(yǔ)言通俗，易于實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及論據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)涉及到的天線和接收機(jī)支持 BDS、GPS、GLONASS和Galileo等不同導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的單個(gè)系統(tǒng)或者兼容多個(gè)系統(tǒng)， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了天線和接收機(jī)的性能要求及測(cè)試方法。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列性能指標(biāo)是根據(jù)現(xiàn)階段和今后一定時(shí)期內(nèi)所采用的或?qū)⒉捎玫募夹g(shù)及目前的實(shí)際應(yīng)用情況而制訂，同時(shí)也是目前大多數(shù)廠家認(rèn)可的性能指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 應(yīng)將指標(biāo)范圍定義較為寬松， 體現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的適用性。 標(biāo)準(zhǔn)中涉及到的天線性能指標(biāo)包括： 極化方式與軸比、電壓駐波比、天線方向圖與增益、仰角不圓度、滾降系數(shù)、極化增益前后比、相位中心偏差、多路徑效應(yīng)、1d壓縮點(diǎn)輸出功率、噪聲系數(shù)、有源增益、帶內(nèi)平坦度、帶外抑制。標(biāo)準(zhǔn)中涉及到的接收機(jī)性能指標(biāo)包括：捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度、信噪比、觀測(cè)值精度、內(nèi)部噪聲水平、單點(diǎn)定位精度、靜態(tài)基線測(cè)量精度、 RTK測(cè)量精度（選配）、1PPS精度。本標(biāo)準(zhǔn)涉及到的天線和接收機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)， 主要依據(jù)國(guó)內(nèi)同類標(biāo)準(zhǔn)、 行業(yè)慣例或理論結(jié)果、實(shí)際研發(fā)試驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累， 性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法參照 BD420002-2015《北斗/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ GNSS）測(cè)量型 OEM板性能要求及測(cè)試方法》 、BD420003-2015《北斗/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ GNSS）測(cè)量型天線性能要求及測(cè)試方法》和 BD420009-2015《北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）測(cè)量型接收機(jī)通用規(guī)范》進(jìn)行了規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)涉及的對(duì)流層水汽在全球氣候系統(tǒng)、天氣動(dòng)力系統(tǒng)、氣候?yàn)?zāi)害監(jiān)測(cè)、水文學(xué)及空間大地測(cè)量等領(lǐng)域占有極其重要的地位，然而目前常規(guī)的對(duì)流層水汽探測(cè)手段設(shè)備昂貴 ,其建設(shè)成本高和覆蓋密度低， 嚴(yán)重制約著學(xué)科的發(fā)展和業(yè)務(wù)應(yīng)用。 隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展及地基增強(qiáng)網(wǎng)布設(shè)密度不斷增加， 北斗/GNSS技術(shù)與氣象科學(xué)交叉融合， 短短數(shù)十年間已取得了巨大的發(fā)展， 地基GNSS作為新型的大氣探測(cè)手段， 具有低成本、高實(shí)效、時(shí)空分辨率高等顯著優(yōu)勢(shì)， 已成為常規(guī)探測(cè)水汽手段的有利補(bǔ)充。 另一方面，隨著GNSS綜合服務(wù)網(wǎng)的廣泛建立，特別是“中國(guó)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”工程的啟動(dòng)，為地基 GNSS遙感大氣提供了廣域范圍全天候、高時(shí)空分辨率的觀測(cè)資源，極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān) GNSS水汽探測(cè)技術(shù)的發(fā)展及業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用。三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果試驗(yàn)分析及綜述報(bào)告對(duì)于本標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵的性能指標(biāo)和測(cè)試方法，目前國(guó)內(nèi)已具備較為豐富的研發(fā)、生產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用和工程測(cè)試經(jīng)驗(yàn)， 在生產(chǎn)與應(yīng)用方面也開(kāi)展了深入細(xì)致的長(zhǎng)期試驗(yàn)分析。 對(duì)于北斗準(zhǔn)實(shí)時(shí)水汽探測(cè)與反演處理技術(shù)， 以國(guó)際上 IGS組織跟蹤網(wǎng)、國(guó)內(nèi)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)為觀測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行了長(zhǎng)期（大于 1年）的連續(xù)測(cè)試評(píng)估，獲得的對(duì)流層天頂總延遲（ ZTD）產(chǎn)品：處理時(shí)間≤ 1小時(shí)、時(shí)間分辨率≤ 1小時(shí)的，精度為 8毫米左右，優(yōu)于或相當(dāng)于氣象局目前單GPS水汽業(yè)務(wù)指標(biāo)。以下為給出近期（2020年5月17日-5月23日一周）國(guó)際IGS站與國(guó)內(nèi)地基增強(qiáng)站的測(cè)試結(jié)果。IGS-ZTD平均誤差 RMS約為8毫米，地基增強(qiáng)測(cè)站網(wǎng) ZTD約為8毫米。（左）ZTD誤差RMS地理分布圖；（右）ZTD誤差RMS分布直方圖（左）地基增強(qiáng)測(cè)站網(wǎng) ZTD產(chǎn)品精度地理分布圖；（右）ZTD誤差RMS分布直方圖技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果本標(biāo)準(zhǔn)將氣象設(shè)備納入地基導(dǎo)航衛(wèi)星遙感水汽探測(cè)系統(tǒng)的一部分，避免了目前有些GNSS水汽站沒(méi)有氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要尋找就近氣象站氣象數(shù)據(jù)匹配，增加時(shí)間成本降低水汽產(chǎn)品計(jì)算效率，更造成因安裝高度以及地域差距帶來(lái)的數(shù)據(jù)誤差，影響水汽產(chǎn)品結(jié)算的精度；本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用，規(guī)定系統(tǒng)需滿足支持BDS、GPS、GLONASS和Galileo等不同導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的單個(gè)系統(tǒng)或者兼容多個(gè)系統(tǒng)，而且具備接收BDS3數(shù)據(jù)的功能，既可保證本系統(tǒng)的先進(jìn)性，也可保證本系統(tǒng)的安全性；本標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理部分納入了系統(tǒng)組成，通過(guò)實(shí)時(shí)接入服務(wù)平臺(tái)提供的高精度衛(wèi)星軌道鐘差產(chǎn)品，在臺(tái)站處實(shí)現(xiàn)分布式、高時(shí)效、高精度對(duì)流層延遲解算和大氣水汽含量反演，創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)臺(tái)站級(jí)水汽產(chǎn)品的實(shí)時(shí)高精度獲取，可以極大地提高水汽觀測(cè)的時(shí)間、空間分辨率和產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)能力、效率，滿足中小尺度極端強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)和短臨預(yù)報(bào)需求；本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)實(shí)時(shí)PPP技術(shù)獲取單站水汽產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)臺(tái)站分布式處理代替數(shù)據(jù)中心的集中式數(shù)據(jù)處理，不同于傳統(tǒng)的GNSS水汽處理，具有如下優(yōu)勢(shì)：一方面，大大降低GNSS原始數(shù)據(jù)從臺(tái)站傳輸?shù)街行恼镜膫鬏敵杀?，臺(tái)站的數(shù)量的增加不受中心處理服務(wù)能力的限制，有利于大范圍推廣；另一方面，可極大提高數(shù)據(jù)處理時(shí)效性和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，可進(jìn)一步減少處理延遲到15分鐘。四、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況一、隨著現(xiàn)有的生產(chǎn)及加工工藝水平的提高等，及市場(chǎng)需求日趨嚴(yán)苛，本標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)分析，對(duì)部分性能要求進(jìn)行了提高，通過(guò)反復(fù)技術(shù)驗(yàn)證和行業(yè)調(diào)查，這些指標(biāo)在業(yè)內(nèi)也都是較好實(shí)現(xiàn)的。本標(biāo)準(zhǔn)與全國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織編寫(xiě)發(fā)布的BD420003-2015《北斗/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）測(cè)量型天線性能要求及測(cè)試方法》和BD420009-2015《北斗/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）測(cè)量型接收機(jī)通用規(guī)范》相比，性能指標(biāo)主要有以下幾方面的調(diào)整：（1）天線性能指標(biāo)調(diào)整：1）修改噪聲系數(shù)，由2.5降低為2.0；2）修改帶內(nèi)平坦度，由1.5調(diào)整為1.0；（2）接收機(jī)性能指標(biāo)調(diào)整：1）補(bǔ)充捕獲靈敏度和跟蹤靈敏度的 BDS-3信號(hào)頻點(diǎn)：B1C，B2a；2）增加信噪比；3）增加觀測(cè)值精度；4）修改單點(diǎn)定位精度，水平定位精度由 5調(diào)整為1.5，垂直定位精度由 10調(diào)整為3；5）修改靜態(tài)基線測(cè)量精度，水平標(biāo)稱精度由± (5＋1×D)調(diào)整為±(2.5＋1×D)，垂直標(biāo)稱精度由±(10＋1×D)調(diào)整為±(5＋1×D)；6）修改RTK測(cè)量精度，水平標(biāo)稱精度由± (20＋1×D)調(diào)整為±(8＋1×D)，垂直標(biāo)稱精度由±(30＋1×D)調(diào)整為±(15＋1×D)；7）修改1PPS精度，由50ns調(diào)整為20ns。二、數(shù)據(jù)處理與水汽反演方面，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)已作為武漢大學(xué) E-GVAP分析中心支撐之一，業(yè)務(wù)化提供準(zhǔn)實(shí)時(shí) ZTD產(chǎn)品，對(duì)氣象同化提供了重要的產(chǎn)品， 已得到E-GVAP高度認(rèn)可。以下是同國(guó)際上幾家代表性分析中心處理得到的同時(shí)段的 ZTD產(chǎn)品進(jìn)行比較，參考值為幾家分析中心產(chǎn)品的平均值。 WUHN產(chǎn)品同國(guó)際上的代表性分析中心產(chǎn)品精度相當(dāng)。處理獲得的ZT