随着卫星轨道、钟差产品精度的提高,对流层延迟已成为全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）双频及多频数据处理中最重要的误差源之一。由于对流层延迟、测站钟差、测站高程三者之间存在较强的相关性,高精度对流层延迟模型可以显著提升GNSS定位定时精度,并加速精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）等GNSS实时应用的收敛时间。但是大气中的水汽变化幅度及范围难以预测,导致对流层湿延迟模型精度较低。并且,外部输入的气象元素精度严重影响对流层静水延迟模型精度。为了实现更高性能的GNSS定位定时,有必要进行对流层延迟模型的优化研究。本文围绕GNSS对流层延迟模型的特征分析、解算策略、预报算法等开展优化研究,并对其在PPP时间传递、水汽反演、精密定位等方面的应用进行了试验验证。主要的研究内容及结论包括:1)对GNSS中垂直分量之间相关性有关的研究成果进行了梳理,从几何角度、数学角度分别进行了证明,奠定了本文的理论基础。基于此,从先验模型、解算间隔、相对约束、绝对约束等几个方面,对PPP时间传递中对流层延迟解算策略的影响进行了系统性分析,可为进一步提升PPP时间传递精度提供参考。2)基于长达17年的历史数据,对应用范围较广的Berg大气压外推模型进行了改进。修正公式使大气压外推精度得到了50～60%的提升,从而提升了对流层静水延迟精度。PPP试验验证的坐标高程与水汽反演结果表明,该修正模型具有全球适用性。相比于数据量巨大的事后多层气象数据,该模型有效平衡了精度与数据量,可有效应用于实时场景。3)为了更好地研究湿延迟的变化特征以便于建模,基于长达11年的IGS第二代重处理数据,对GNSS湿延迟的影响因素及变化特征进行了分析研究,探测到湿延迟中与恒星日、半月球潮汐相关的周期项存在。此外对GNSS、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）的数值气象数据集、对地观测卫星Aqua、Terra上搭载的中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）、大气红外测深仪（Atmospheric infrared sounder,AIRS）等不同技术手段所得的水汽反演产品进行了内符合、外符合精度评估。结果表明GNSS水汽反演产品内部具有良好的一致性,并且GPS的产品与ECMWF最新一代的再分析数据集ERA5具有良好的一致性。4)面向GNSS高精度实时定位定时需求,基于长达18.5年的历史数据,构建并有效训练了基于深度学习N-BEATS算法的对流层天顶延迟预报模型。动态PPP结果表明,该模型结合GMF映射函数使用的定位定时效果优于其他常用模型。