国家标准计划《卫星导航定位探空系统 高空风向和风速观测方法》由 TC507（全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会）归口 ，主管部门为中国气象局。

主要起草单位 中国气象局气象探测中心 。

卫星导航定位探空体制是目前国际主流先进探空技术体制，使用GPS定位经纬度计算风向风速，风向和风速均由探空仪携带的传感器进行探测并将数据传回地面。

基于北斗导航技术体制，具备1次放球获取“上升-平漂-下降”3组探空数据的北斗卫星导航平漂探空系统，为全球时空分辨率低提供了中国探空解决方案。

其中北斗卫星导航平漂探空系统已立项的设备标准包括卫星导航定位系统探空仪与地面接收机两项。

本标准作为风向和风速观测方法的标准，扩展了平漂段和下降段的观测方法，为下一代探空体系观测提供了依据，作为新的探空手段在“一带一路”等国家战略中具有较大应用需求。

高空风是基本气候变量之一，高空风的观测对于所有尺度和全球的业务天气预报至关重要，在民用和军用领域均有重要应用：在边界层，可提供可靠垂直风切变测量的高层风对于环境污染的预报是至关重要的；对保证飞机航行的安全性和经济性非常重要；准确的高空风测量和垂直风切变测量对于航天器和其它类型火箭的发射极为重要；高空风的不确定性是限制现代火炮准确性的因素，因此可靠的风测量结果对于军事行动的安全是非常重要的。

在我国，北斗卫星导航平漂探空已被中国气象局定位为下一代探空体系的重要组成部分。

我国气象观测现代化实施目标和“十四五”发展规划，已对中国探空系统赶超国际先进水平、提升资料应用效益进行了战略部署，推动北斗卫星导航系统在民用及军用气象探空领域的应用。

我国坚持走自主卫星导航路线，面向气象观测领域的市场化进程，尤其是创新型的北斗卫星导航平漂探空模式，亟需通过制定国家标准，对我国有自主知识产权的风向和风速观测方法相关技术进行保护，以推动我国高空气象探测技术水平的持续提高和业务化应用水平，提高我国北斗卫星导航探空系统的全球市场竞争能力。

本标准作为军民通用标准，通过规范军民共用需求，能够有效为风向和风速观测方法提供科学依据，简化下一代探空业务应用的流程，社会效益和经济效益显著。

将兼顾军民用户共性需求，利用军地单位的优势互补，通过现有资源的有效整合，按照统一标准建设，达到成果军民公用和共享，避免重复建设，在充分发挥整体性优势的同时，更具针对性和实用性，提高国家的投资效益。

项目可行性： 产业发展情况：根据世界气象组织对部分公开数据统计，我国年探空仪消耗约20万台，全球年探空仪消耗在200万台以上，整体市场规模超过20亿元人民币。

德国GRAW、法国MODEM、芬兰VASALA是国际上使用比较普遍的品牌，其中芬兰维萨拉公司的探空仪使用最为广泛，约占国际市场40%。

本标准的制定，有利于规范化我国高空气象探测业务数据，提高数据的可用性和质量。

技术的成熟度：北斗卫星导航探空系统1次释放-3次观测的方式在2018年成功申报了国家重点研发计划《往返式智能探空系统研制及试验》，在该项目支持下展开了包括适应上升-平漂-下降的探空观测方法和质控研究，2022年该项目完成了验收，借助该项目中国气象局制订了相关功能规格需求书，引导国内所有探空系统生产厂家进行了技术升级，使探空仪均可满足1次释放-3次观测的技术要求，并在国内长江中下游地区开展3100余次观测-预报互动试验，在广东全省业务化示范和内蒙古全区卫星真实性检验，合计七千次余次实际释放，验证了该方式应用的可靠性，整体数据可用率达到了90%以上，另外还通过比对，证明了上升、平漂段测风精度可达0.3m/s，下降段测风与模式背景场相比精度在3m/s以内，可满足气象探测要求。

经济性分析：北斗卫星导航探空系统利用“子母套球法”将传统探空的1次施放-1次观测（仅有上升段）升级为1次施放-3次观测（“上升-平漂-下降”三段）,施放1次北斗平漂探空至少相当于施放2次常规探空的效益，即包括2次垂直探测和且增加了一次连续4小时的平流层探测，北斗平漂探空的成本不高于常规探空成本的1.5倍。

如果按全国131个探空站，每天用早8点的北斗平漂探空替代中午14时的加密探空观测，则全年可节省的经费为23907.5次常规探空施放的成本。

（ 131*365*0.5=23907.5） 已经具备的研究基础和条件：通过国家重点研发计划《往返式智能探空系统研制及试验》项目支持，1次释放-3次观测的北斗往返平漂探空的模式已在长江中下游区域、广东、内蒙古得到了大量验证，相应硬件和软件均已开发完善，并在2024年1月1号在广东省四个高空站完成了北斗探空业务切换，已具备国内全面推广使用的条件。

将在“十四五”期间按照《综合气象观测业务发展“十四五”规划》关于“发展北斗导航探空”和“优化探空业务体制”等建设任务向全国120个北斗探空站和新建11个北斗探空站推广。

中国气象局气象探测中心也具备探空仪比对考核、数据评估的丰富经验。

范围：本标准主要适用于卫星导航定位探空系统“上升-平漂-下降”三段式探空过程中的高空风向和风速观测方法。 主要技术内容包括：数据采集：明确了用于风向和风速观测需要采集的数据内容，以及时间分辨率要求，并要求可根据卫星定位状态中的卫星颗数和定位精度对导航定位数据质量进行判断。 采样：明确了数据采样频次不低于1Hz和一次放球、三次观测的探测方式。 工作时间：针对一次放球、三次观测的探测方式，提出了探空仪工作时间不少于8小时的要求。 定位可靠性：当卫星颗数小于4颗，定位精度因子大于6，则定位数据不可用，当卫星颗数大于4颗，不超过6颗，定位精度因子在4~6之间时，数据可疑，当卫星颗数大于6颗，定位精度因子小于4时，数据可用。 观测方法：明确了上升段、平漂段、下降段探测观测方法及主要特征：上升段主要利用气球探测，探空仪存在明显的摆动，需要滤除；平漂段也是利用气球实现观测，探空仪不存在摆动，只需简单平滑，降低测量数据中的噪声；下降段则是通过降落伞测量，部分降落伞稳定性较差，探空仪也存在明显的摆动效应，需要滤除，另外由于降落伞是减速运动，垂直方向受力不平衡，需要利用加速度数据对水平风向和风速进行修正。 三阶段划分：根据上升-平漂-下降三阶段垂直速度的特点，来进行三阶段划分，当垂直速度稳定在±1m的范围内时，则规定为平漂阶段，平漂之前的阶段为上升阶段，垂直速度开始连续小于-3m/s的时刻定位下降阶段起点。 数据处理：要求硬件可生成温度、湿度和气压必要数据，并按照规定算法进行计算，数据处理方法包括数据订正和数据质量控制，对平滑滤波数据处理方法进行了描述，并给出数据质量控制方法。如下所示。 允许值范围检查：一是对风向和风速、风向取值范围进行检查，二是根据各高度上历史统计的最大风速进行检验； 差值检查：当前时刻的风矢量速度相对前后的变化率超出门限值时，则判断当前值可疑或异常； 离散值检查：对风矢量时间序列采用统计方法，即当风矢量值与平均值的差值大于标准差的规定倍数时，则判断为离散值。 时间一致性检查：包括孤立值检查和重复值检查。其中孤立值检查用于检验是否存在游离于整体时间序列之外的异常值；重复值检查用于检验时间序列是否存在同一数据持续重复出现且超过合理时间范围的“僵值”。