人类历史上所有的行星探测任务几乎都利用了无线电技术来探测行星的中性大气、电离层、行星环以及磁场;未来的深空探测任务也将把无线电掩星探测技术作为主要的手段之一。在掩星发生过程中,航天器发出的信号被行星电离层和大气遮掩,引起的频率、相位、幅度和极化特性的变化。通过某种反演技术可以得到行星大气的折射率廓线,进而反演中性大气的密度、温度、压强廓线以及电离层的电子浓度廓线。无线电掩星技术探测行星大气是从20世纪60年代开始的;到20世纪90年代中期,由于GPS和其他导航卫星系统的完善,以及计算机技术的发展,又实现了GNSS/LEO(Global Navigation Satellite System/Low Earth Orbit)地球大气探测。掩星观测不仅能够获得行星中性大气的压强、温度、湿度等信息,而且具有全球覆盖、高精度、高垂直分辨率、长期稳定等优点。　　 在完成嫦娥计划以后,我国开展了火星探测的萤火计划(YH-1)研究,它是我国深空探测的下一个目标。YH-1的科学任务中包括了利用星-地行星无线电掩星技术进行火星大气探测,通过我国自主研发的航天飞行器观测资料,对火星大气模型做更深入研究。根据任务需求,上海天文台同温州大学联合开发了星-地行星无线电掩星观测资料处理系统,并成功地实现了MEX(MarsExpress)观测资料的反演结果比对。作为论文的一个组成部分,系统地介绍了星-地行星无线电掩星归算软件的结构和若干技术细节,特别阐述了星-地行星无线电掩星技术中的时空坐标系问题。　　 地球大气中对流层顶是对流层和平流层耦合的重要区域,它对大气状态和空闻环境影响很大。该处大气温、压、湿的结构,以及环流的变化直接影响着近地层的天气与气候。该区域环境温度低,微量气体(如水汽、臭氧、Nox等)的背景浓度小,相对于地面的一个很小的成份扰动,可能在这里引起相当大的变化。高空急流、臭氧层等物理、化学现象均与对流层项的位置、结构及其变化规律密切相关。　　 作为论文的主要内容,本文利用GPS/CHAMP掩星数据,分析了全球对流层顶的特征及其变化;研究了全球对流层顶的气候学特征,探索了对流层顶高度和温度的长期变化趋势,为认识自然和人为因素对于对流层顶高度变化的作用提供观测基础。本文还提出一种确定对流层顶位置的更为合理的新方法,实现获取对流层顶精细结构的信息;文章讨论了对流层顶物理参数(高度与温度)的纬度变化,季节和年际变化,以此解释对流层顶区域在对流层-平流层能量与物质交换过程中的作用。　　 本论文围绕无线电掩星技术以及GPS/CHAMP掩星数据在对流层顶中的应用,在以下几个方面展开讨论:　　 ●介绍无线电掩星技术,包括大气探测常规技术与无线电掩星技术的历史背景,GPS/CHAMP、GPS/COSMIC等掩星系统现状。　　 ●对流层顶研究的意义以及现状。针对GPS/CHAMP掩星资料,提出确定对流层项位置更为合理的新方法,并用于GPS/CHAMP掩星数据,分析全球对流层顶纬度特征以及季节分布;提出利用经验正交函数(EOF,Empirical Orthogonal Function)分析讨论全球对流层顶的趋势波动变化。　　 ●介绍了2011年10月发射的中俄联合火星探测YH-1和Phobos Grunt火星探测计划的基本情况;以及根据任务需求,上海天文台同温州大学开发星-地行星无线电掩星观测资料的处理系统的物理背景、数学模型和各模块。　　 ●介绍了在星-地行星无线电掩星观测资料的处理系统中的时间系统与坐标系统。