随着全球导航卫星系统GNSS的蓬勃发展,充分挖掘GNSS大数据价值的GNSS大气海洋遥感技术得到了广泛关注,部分技术已实现业务化应用。论文以GNSS信号感知降雨信息为研究对象,针对GNSS信号极化相移监测降雨强度的关键技术和科学问题开展了研究,重点进行了以正演模型和反演算法为主的理论研究,以实验设备研制、实验设计、数据处理算法和结果对比分析为主的实验验证研究,以区域雨团信息反演为主的仿真研究,为自主发展我国的GNSS信号遥测降雨系统提供技术支撑。在理论研究方面,根据GNSS信号穿过降雨介质的微物理过程,建立了极化相移与降雨强度的关系模型,即正演模型;通过数值模拟,分析了利用该模型监测降雨强度的可行性,系统研究了雨滴谱分布、非球形粒子散射算法、雨滴形状、雨滴倾角、雨区路径长度、温度、频率和卫星仰角等因素对该模型的影响。数值模拟结果表明:该模型具有监测降雨强度的可行性。针对反演问题,提出了利用模拟退火算法寻找最优解的Bayesian方案,通过仿真数据验证了该方案的可行性。针对大气路径上的电离层、云中冰晶粒子和融化层粒子对极化相移的影响进行了评估,得出了电离层没有影响,云中冰晶粒子可忽略不计,而融化层粒子需要考虑的结论。在实验验证研究方面,首先在上述理论研究的基础上,研制了专门用于接收GNSS双极化信号的圆锥喇叭天线,搭建了地基GNSS双极化降雨探测实验系统,并以GPS信号为例,开展了两次(2015年6~9月、2016年7~11月)GNSS信号极化相移监测降雨强度的地基实验。针对实验接收原始数据是双极化的GPS载波相位的情况,逐一分析和提出了解决质量控制、失锁问题、周跳问题、电离层、中性大气、硬件效应、初值不确定、多路径效应等问题的数据处理算法,以及多源数据对比分析的数据处理方法。通过对2015年2颗和2016年13颗卫星数据的个例分析和统计分析得出:极化相移可被获取,且可判定该极化相移是由降雨引起的;极化相移和部分气象站雨量计数据、雷达反演路径平均降雨强度都具有较好的相关性,但极化相移和雷达反演路径平均降雨强度的相关性明显高于和雨量计数据的相关性;29个个例的1小时累计极化相移和4个台站的累计降雨量相比,最优的相关系数都超过0.96,甚至多个个例达到0.99,充分验证了数据处理算法的有效性以及所得极化相移的可信度。在区域仿真研究方面,为解决路径长度和降雨强度之间存在的模糊问题,同时获取区域降雨信息,以GNSS-LEO掩星事件为背景,借鉴CT技术,建立了利用一维GNSS掩星信号极化相移反演雨团二维结构的层析模型;提出了利用两种正则化算法(TSVD法、Tikhonov法)和两种正则化参数选取方法(L曲线准则、广义交叉检验准则)的反演方案;最后通过仿真方法,验证了上述反演方案分别在超定和欠定条件下的可行性和有效性,为后续该技术的天基数据处理和应用作了有益的探索研究。