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利用高空气象探测资料是进行天气分析的最基本手段。通常,利用探空仪内置温压湿传感器进行升空过程中的探测,跟踪探空仪运动的轨迹进行高空风探测。对高空风的探测,以GPS为代表的星基导航探空测风是未来高空气象探测的发展趋势。随着以区域导航为应用目的的我国北斗一号在2000年建成并于2003年开放民用,目前已进入以全球定位为目的的北斗二号的布网建设阶段,预计2020年左右完成布网。随着北斗导航系统的建设,迫切需要研制我国自主的北斗高空探测系统,打破GPS在该领域的垄断地位。应用的关键就是要基于现有北斗系统现状,解决气球系统在飞行过程中运动条件下的高精度定位问题。现有在建的北斗二号将集RDSS和RNSS服务于一体,但由于北斗二号的布网建设将是一个长期过程,目前在轨卫星数量少,只能利用RDSS服务方式,也就是沿用北斗一号的服务方式,该方式将至少沿用至2020年。RDSS服务同时具有有源和无源两种定位方式,需要增加接收机的高度信息才能实现定位。本文确定了采用无源定位方式实现探空仪飞行运动中的定位,探空仪高度信息可根据各层压高公式计算气层厚度、通过逐层累加计算得到,结合接收北斗卫星的广播信息建立的3个伪距方程,通过设定位置初值进行迭代解算出探空仪三维位置信息。本文采用ARM+FPGA相结合的方式,设计了北斗定位板,集成到探空仪中,并架构了北斗高空气象探测系统。为了评估北斗高空探测系统的探测性能,本文以GPS探测系统作为比对标准,进行了北斗探空仪与GPS探空仪的同球双施放比对试验,分析两个系统的探测可达高度、不同高度上探空结果和测风结果等性能。结果表明,两个系统均能探测到30km以上高度,两个系统的高度测量误差随高度呈增大趋势,但北斗测高偏大或GPS测高偏大都是有可能的;两个系统三次双施放的计算层风速差值的标准差分别为0.51m/s、0.66m/s、0.23m/s,25km高度以上二系统的一致性变差;两个系统三次双施放的计算层风向差值的标准差分别为8.0°、8.0°、3.8°。试验结果表明,现有北斗系统RDSS无源定位方式探测高空风总体性能基本满足高空风探测业务要求。