自2013年成功发射FY-3C极轨气象卫星开始,我国风云系列卫星持续运行和提供导航卫星大气掩星GNOS探测接收处理和资料应用服务。作为一项全新的业务,GNOS资料在资料预处理、产品反演、数据质量分析等方面均存在一系列需要攻关和解决的科学技术问题。本论文全面梳理了GNOS仪器特征及资料处理方法,对GPS掩星和北斗掩星探测数据的误差特性做了详细分析,针对分析中发现的低频异常信号造成的大误差廓线问题,开展低信噪比环境下对低频异常信号的订正方法研究,结合订正方法衍生的噪声因子与GNOS敏感高度相位特征值,发展了反演算法中新的质量控制方法,并对改进后的GNOS折射率资料在GRAPES同化系统中开展效果试验。本论文的主要亮点工作有:1、针对现有的风云气象卫星上的掩星数据,以直接对比、间接对比、同类交叉校验等方法,对掩星探测数据的误差特性做了详细分析。分析发现,在FY-3C（D）GNOS双频大气探测中的低频信号中（即L2信号）,在低信噪比下低层大气的跟踪和信号处理存在较大的误差。排除大误差廓线的影响,GNOS GPS掩星资料的平均偏差在0-45km范围内接近于零,再次证明了掩星探测的无偏特点,在5-25km范围内精度最高,折射率标准偏差小于1%。FY3D与FY3C之间的稳定性和继承性较好,精度相当,但仪器掩星天线在星上不利安装环境下可能出现的多径效应对掩星探测造成系统性的误差,这为后续卫星仪器的安装和地面资料处理形成新的经验。2、结合GNOS仪器设计特点,针对低频掩星异常信号造成的大误差廓线问题,利用去电离层效应原理,在Culverwell与Healy的研究基础上,以Chapman电离层模型建立高低频信号的最佳关系,提出低频信号在中低层大气低信噪比环境下的订正方法,能够显著改善GNOS大气掩星的反演精度。订正前FY3C GPS掩星大误差廓线约占18%,订正后约占2.5%,比例下降86%左右,使得能够进入统计的样本量显著增多,并且总体保持了与优质样本相当的精度,尤其在10km以下,说明订正后低层大气探测有了更多的高质量样本。3、本论文基于反映仪器探测能力的60-80km敏感区的相位值特征,结合低频异常信号订正方法引入新的噪声因子参数,以内部物理方法联合甄别出异常廓线,发展了风云气象卫星掩星探测仪器反演过程中的质量控制方法。经统计验证,新的质控方法对于FY3C GPS掩星廓线准确率为95.4%,错误率为1.8%,能够识别绝大多数的异常廓线。4、开展了国产北斗卫星掩星大气资料的探测方法研究,通过分析北斗掩星资料的特点和误差特性发现,北斗掩星在核心高度的精度表现不俗,与其他GPS掩星资料的精度有很好的一致性,表明作为世界上首个非GPS的掩星廓线,北斗掩星在核心高度的探测精度是可靠的。但是FY3D北斗的开环效果没有实际发挥出来,北斗掩星的探测深度率以及在对流层中的精度仍是探测的瓶颈。在北斗三种轨道中MEO轨道高度的掩星探测精度最高,GEO和IGSO由于精密定轨比MEO难度大,钟差精度较低,进而影响探测精度。北斗掩星的大误差廓线比例约为7.2%,主要出现在GEO和IGSO轨道掩星中,这与GPS掩星大误差出现的原因不同,还需继续开展研究工作。基于本文的研究结果,整体提升了对我国自主掩星探测仪器的认识,在低信噪比环境下低频信号在低层大气的探测有了新的解决方案,针对性地改进掩星探测数据产品的质量,为未来仪器设计和新的发展提供经验参考和解决思路。本文研究成果在风云气象卫星地面系统顺利实施,使GNOS掩星资料广泛用于国内外数值预报中心,有效助力风云气象卫星资料的实际应用。