《地基导航卫星遥感水汽探测系统》编制说明

气象行业标准《地基导航卫星遥感水汽探测系统》编制说明一、工作简况任务来源气象行业标准《地基导航卫星遥感水汽探测系统》 由全国气象仪器和观测方法标准化技术委员会（SAC/TC507）提出并归口。任务于

2019年

9月

30日由中国气象局政策法规司下达

（气法函〔2019〕58

号），项目编号

QX/T-2020-51

，项目名称《地基导航卫星遥感水汽探测系统》

。协作单位本标准起草单位为：中国气象局气象探测中心、武汉大学、青海省大气探测技术保障中心、上海司南卫星导航技术股份有限公司、南京信息工程大学主要工作过程（1）成立起草组2019年10月成立起草组，确定起草组人员，明确分工。（2）组织起草2019年

10月份确定了编写大纲，通过电话会议以及网络群内讨论的形式，组织编写组成员，学习了

GB/T1.1-2009

标准化工作导则，研讨了本标准的基本情况、主要内容、已有试验或数据基础、技术路线，对标准草案进行了补充和细化，形成了标准讨论稿第

1稿。（3）2020年

3，编写组分别参考相关的国标、

行标和企业标准，对本标准的讨论稿内容逐章逐条进行了讨论，进一步完善和修改，形成了第

2稿和第

3稿讨论稿。（4）完成征求意见稿2020年

5月，编写组结合反馈意见完成了初稿，

在行业内进行了专家咨询和意见征求，结合意见反馈和编写组内讨论，对讨论稿做了进一步修改和完善，形成了征求意见稿。标准主要起草人及其所做的工作姓名职称单位分工涂满红高工中国气象局气象探测中心标准编制、技术把控及制定组织工作总体负责，编制说明的起草和审定。曹云昌正研级高工中国气象局气象探测中心参与标准制定，负责标准文本科学规范性审查。楼益栋教授武汉大学参与标准制定，负责数据存储徐国元高工青海省大气探测技术保障中心参与标准制定，负责气象设备部分内容王立端高工上海司南卫星导航技术股份有参与标准制定，负责接收机天线限公司部分内容的编写张卫星副研究员武汉大学参与数据存储及数据处理部分内容的编写柯福阳教授南京信息工程大学参与标准编写，负责编制说明编制。梁静舒助工中国气象局气象探测中心参与标准的编写，负责专家意见征求，专家意见的收集和整理。闵敏工程师上海司南卫星导航技术股份有参与天线和接收机部分内容的编限公司写马军工程师青海省格尔木市气象局参与气象设备部分内容的编写王海深高工中国气象局气象探测中心参与编制说明和专家意见的收集整理安力珺助工青海省气象局参与气象设备部分内容的编写和专家意见的收集整理二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据说明：标准的主要内容包括技术指标、 参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等；论据包括试验、统计数据等。修订标准时，应增列新旧标准水平的对比。标准的编制原则本标准依据 GB/T1.1—2009《标准化工作导则第 1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草，并坚持以下原则：（1）科学性和规范性原则本标准充分借鉴和参考了国际、 国家和行业标准， 力求吸收国际上先进经验和做法， 强调标准的科学性和规范性，与国际接轨。（2）简化性、实用性原则在起草过程中，编写组在满足需求的前提下， 充分考虑国内实际情况， 从标准便于实施的角度出发，对国内外的技术内容进行了筛选提炼，以期实现经济有效地满足设备的设计、生产与验收需求。（3）协调性原则编写组在收集已有的研究成果、 查阅大量资料、征求多方意见后， 在综合考虑各方面需求和意见的基础上对标准内容进行了适当的调整， 达到内容全面， 规定具体，语言通俗，易于实施。标准的主要内容及论据本标准涉及到的天线和接收机支持 BDS、GPS、GLONASS和Galileo等不同导航定位系统中的单个系统或者兼容多个系统， 标准规定了天线和接收机的性能要求及测试方法。 标准中规定的系列性能指标是根据现阶段和今后一定时期内所采用的或将采用的技术及目前的实际应用情况而制订，同时也是目前大多数厂家认可的性能指标。本标准作为行业标准， 应将指标范围定义较为宽松， 体现行业标准的适用性。 标准中涉及到的天线性能指标包括： 极化方式与轴比、电压驻波比、天线方向图与增益、仰角不圆度、滚降系数、极化增益前后比、相位中心偏差、多路径效应、1d压缩点输出功率、噪声系数、有源增益、带内平坦度、带外抑制。标准中涉及到的接收机性能指标包括：捕获灵敏度、跟踪灵敏度、信噪比、观测值精度、内部噪声水平、单点定位精度、静态基线测量精度、 RTK测量精度（选配）、1PPS精度。本标准涉及到的天线和接收机的各项性能指标， 主要依据国内同类标准、 行业惯例或理论结果、实际研发试验和应用经验积累， 性能指标对应的试验方法参照 BD420002-2015《北斗/全球卫星导航系统（ GNSS）测量型 OEM板性能要求及测试方法》 、BD420003-2015《北斗/全球卫星导航系统（ GNSS）测量型天线性能要求及测试方法》和 BD420009-2015《北斗全球卫星导航系统（GNSS）测量型接收机通用规范》进行了规定。本标准涉及的对流层水汽在全球气候系统、天气动力系统、气候灾害监测、水文学及空间大地测量等领域占有极其重要的地位，然而目前常规的对流层水汽探测手段设备昂贵 ,其建设成本高和覆盖密度低， 严重制约着学科的发展和业务应用。 随着我国北斗卫星导航定位技术的不断发展及地基增强网布设密度不断增加， 北斗/GNSS技术与气象科学交叉融合， 短短数十年间已取得了巨大的发展， 地基GNSS作为新型的大气探测手段， 具有低成本、高实效、时空分辨率高等显著优势， 已成为常规探测水汽手段的有利补充。 另一方面，随着GNSS综合服务网的广泛建立，特别是“中国北斗地基增强系统”工程的启动，为地基 GNSS遥感大气提供了广域范围全天候、高时空分辨率的观测资源，极大地推动了国内相关 GNSS水汽探测技术的发展及业务推广应用。三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果试验分析及综述报告对于本标准中关键的性能指标和测试方法，目前国内已具备较为丰富的研发、生产、实际应用和工程测试经验， 在生产与应用方面也开展了深入细致的长期试验分析。 对于北斗准实时水汽探测与反演处理技术， 以国际上 IGS组织跟踪网、国内北斗地基增强系统为观测数据平台，进行了长期（大于 1年）的连续测试评估，获得的对流层天顶总延迟（ ZTD）产品：处理时间≤ 1小时、时间分辨率≤ 1小时的，精度为 8毫米左右，优于或相当于气象局目前单GPS水汽业务指标。以下为给出近期（2020年5月17日-5月23日一周）国际IGS站与国内地基增强站的测试结果。IGS-ZTD平均误差 RMS约为8毫米，地基增强测站网 ZTD约为8毫米。（左）ZTD误差RMS地理分布图；（右）ZTD误差RMS分布直方图（左）地基增强测站网 ZTD产品精度地理分布图；（右）ZTD误差RMS分布直方图技术经济论证，预期的经济效果本标准将气象设备纳入地基导航卫星遥感水汽探测系统的一部分，避免了目前有些GNSS水汽站没有气象观测数据，需要寻找就近气象站气象数据匹配，增加时间成本降低水汽产品计算效率，更造成因安装高度以及地域差距带来的数据误差，影响水汽产品结算的精度；本标准根据技术发展和实际应用，规定系统需满足支持BDS、GPS、GLONASS和Galileo等不同导航定位系统中的单个系统或者兼容多个系统，而且具备接收BDS3数据的功能，既可保证本系统的先进性，也可保证本系统的安全性；本标准将数据存储和处理部分纳入了系统组成，通过实时接入服务平台提供的高精度卫星轨道钟差产品，在台站处实现分布式、高时效、高精度对流层延迟解算和大气水汽含量反演，创新性实现台站级水汽产品的实时高精度获取，可以极大地提高水汽观测的时间、空间分辨率和产品应用服务能力、效率，满足中小尺度极端强对流天气系统监测、台风监测和短临预报需求；本标准通过实时PPP技术获取单站水汽产品，实现台站分布式处理代替数据中心的集中式数据处理，不同于传统的GNSS水汽处理，具有如下优势：一方面，大大降低GNSS原始数据从台站传输到中心站的传输成本，台站的数量的增加不受中心处理服务能力的限制，有利于大范围推广；另一方面，可极大提高数据处理时效性和系统运行稳定性，可进一步减少处理延迟到15分钟。四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况一、随着现有的生产及加工工艺水平的提高等，及市场需求日趋严苛，本标准在编制过程中结合实际工程经验和技术分析，对部分性能要求进行了提高，通过反复技术验证和行业调查，这些指标在业内也都是较好实现的。本标准与全国北斗卫星导航标准化技术委员会组织编写发布的BD420003-2015《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）测量型天线性能要求及测试方法》和BD420009-2015《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）测量型接收机通用规范》相比，性能指标主要有以下几方面的调整：（1）天线性能指标调整：1）修改噪声系数，由2.5降低为2.0；2）修改带内平坦度，由1.5调整为1.0；（2）接收机性能指标调整：1）补充捕获灵敏度和跟踪灵敏度的 BDS-3信号频点：B1C，B2a；2）增加信噪比；3）增加观测值精度；4）修改单点定位精度，水平定位精度由 5调整为1.5，垂直定位精度由 10调整为3；5）修改静态基线测量精度，水平标称精度由± (5＋1×D)调整为±(2.5＋1×D)，垂直标称精度由±(10＋1×D)调整为±(5＋1×D)；6）修改RTK测量精度，水平标称精度由± (20＋1×D)调整为±(8＋1×D)，垂直标称精度由±(30＋1×D)调整为±(15＋1×D)；7）修改1PPS精度，由50ns调整为20ns。二、数据处理与水汽反演方面，本标准规定的技术已作为武汉大学 E-GVAP分析中心支撑之一，业务化提供准实时 ZTD产品，对气象同化提供了重要的产品， 已得到E-GVAP高度认可。以下是同国际上几家代表性分析中心处理得到的同时段的 ZTD产品进行比较，参考值为几家分析中心产品的平均值。 WUHN产品同国际上的代表性分析中心产品精度相当。处理获得的ZT