以北斗和GPS为代表的全球导航卫星系统（GNSS）技术的发展成熟，其应用领域也从经典的导航、定位、定时拓展到了近地空间环境监测，并在一定程度上变革了原有的大气和地表物理参量监测方法，为地球科学的融合发展赋予了新的动能。笔者在前人研究成果的基础上，结合自身的研究经验，对GNSS技术在近地空间环境监测中的应用进行深度思考和总结，围绕“GNSS近地空间环境学”这一概念，以原理阐述和实例分析相结合的方式系统性地介绍GNSS技术在大气误差建模、对流层水汽监测、电离层电子含量监测及地表物理参量监测等领域的理论、方法和应用。本书在撰写过程中，既注重知识源头的追溯，又注重理论方法的创新，过程阐述详细清晰而不失简约，以期读者准确理解GNSS近地空间环境学的基本概念、原理和方法。 本书主要面向测绘和地球科学，特别是GNSS和大气领域的相关学生和科研人员，可为该领域读者提供精准详细的专业理论知识和技术参考，也可为非专业领域读者提供GNSS近地空间环境监测相关的科普信息。

第1章 绪论
1.1 概述
1.2 地球大气层
1.3 地球表面
1.4 近地空间环境监测
1.4.1 大气和地表观测手段
1.4.2 GNSS近地空间环境学的形成与发展
第2章 GNSS定位模型及大气延迟估计
2.1 单点定位模型
2.2 精密单点定位模型
2.2.1 IF-PPP模型
2.2.2 UU-PPP模型
2.2.3 IC-PPP模型
2.2.4 UofC模型
2.2.5 PPP随机模型
2.3 相对定位模型
2.3.1 GNSS单差观测方程
2.3.2 GNSS双差观测方程
2.3.3 中长基线模糊度解算
2.4 GNSS大气延迟参数估计
2.4.1 基于实测数据的TEC估计
2.4.2 基于GIM模型的STEC估计
2.4.3 基于实时模型的TEC估计
2.4.4 对流层延迟估计
第3章 GNSS对流层关键参量建模
3.1 概述
3.1.1 对流层延迟
3.1.2 大气加权平均温度建模
3.2 地基GNSS水汽探测的基本原理
3.3 对流层延迟建模方法
3.3.1 基于气象参数的对流层延迟模型
3.3.2 无需气象参数的对流层延迟模型
3.3.3 两种对流层延迟模型的比较
3.4 加权平均温度模型
3.4.1 无需气象参数的加权平均温度模型
3.4.2 气象参数驱动的高精度加权平均温度模型
3.5 基于大气预报资料的ZHD、ZWD和Tm模型
第4章 GNSS三维水汽监测
4.1 概述
4.2 GNSS水汽层析的基本原理
4.3 SWD的恢复
4.4 层析方程组的构建
4.5 GNSS水汽层析常规方法
4.5.1 附加约束的层析方程
4.5.2 GNSS水汽层析方程的解
4.6 GNSS水汽层析的迭代重构算法
4.7 GNSS水汽层析优化策略
4.7.1 层析网格划分优化
4.7.2 侧面穿过射线的引入
4.7.3 地表气象观测数据的引入
4.7.4 先进的反演算法
4.8 GNSS水汽层析实验
4.8.1 格网划分对层析结果的影响
4.8.2 侧面射线使用对层析结果的影响
4.8.3 自适应平滑约束加赫尔默特方差分量估计的水汽层析实验
第5章 多源水汽数据融合
5.1 概述
5.2 基于球冠谐模型的水汽数据融合方法
5.2.1 基本思想
5.2.2 球冠谐模型
5.2.3 赫尔默特方差分量估计
5.3 基于人工神经网络的水汽数据融合方法
5.3.1 基本思想
5.3.2 广义回归神经网络
5.3.3 基于广义回归神经网络的水汽数据融合
5.4 PWV数据融合实验
5.4.1 实验区域和数据
5.4.2 基于球冠谐模型的数据融合实验
5.4.3 基于广义回归神经网络的数据融合实验
第6章 GNSS数据同化
6.1 概述
6.2 同化概念与原理
6.3 基于WRF模型的数据同化过程
6.3.1 观测值文件的准备
6.3.2 观测值文件的预处理
6.3.3 观测值文件的同化
6.4 数据同化实验
6.5 数据同化与层析技术的比较与结合
6.5.1 数据同化与层析技术获取湿折射率的比较
6.5.2 数据同化与水汽层析技术的结合
第7章 电离层探测
7.1 概述
7.2 GNSS二维电离层模型
7.2.1 电离层单层假设
7.2.2 电离层投影函数
7.2.3 电离层二维建模
7.2.4 电离层参考系统
7.3 多源数据融合的二维电离层模型
7.3.1 多源VTEC计算
7.3.2 基于球谐模型的多源数据融合
7.3.3 方差分量估计
7.3.4 数据实验
7.4 等离子体层电子含量二维模型
7.4.1 等离子体层研究进展
7.4.2 等离子体层电子含量提取方法
7.4.3 全球等离子体层电子含量模型建立
7.4.4 全球等离子体层电子含量模型算例分析
第8章 GNSS三维电离层监测
8.1 概述
8.2 GNSS电离层层析原理
8.3 GNSS电离层层析方程
8.4 GNSS电离层层析重构算法
8.4.1 迭代重构算法
8.4.2 非迭代重构算法
8.5 基于改进IG指数的GNSS电离层同化模型
8.6 GNSS三维层析实验
8.6.1 迭代重构算法实验
8.6.2 非迭代重构算法实验
8.6.3 多源数据融合实验
8.6.4 数据同化实验
第9章 GNSS电离层监测的科学应用
9.1 行进式电离层扰动
9.1.1 数据分布
9.1.2 结果分析
9.2 地震电离层扰动
9.2.1 数据分布
9.2.2 水平传播特征
9.2.3 垂直高度分布
9.2.4 不同高度传播速度分析
9.2.5 三维结构分析及机理解释
9.3 火山电离层异常
9.3.1 数据分布
9.3.2 扰动特征分析
9.4 台风电离层异常
9.4.1 数据分布
9.4.2 “杜鹃”台风电离层异常传播分析
9.4.3 台风引发电离层异常统计分析
第10章 地基GNSS反射测量技术
10.1 概述
10.2 双天线模式
10.2.1 双天线测高
10.2.2 双天线测土壤湿度
10.3 单天线模式
10.3.1 干涉反射测量技术
10.3.2 干涉模式技术
第11章 星载GNSS反射测量技术
11.1 概述
11.2 星载GNSS-R原理
11.2.1 星载GNSS反射